Siempre me he preguntado por qué el enlace N-glicosídico, que conecta las bases de purina adenina o guanina con sus azúcares, es el más fácil de romper por hidrólisis ácida, o por qué las purinas tienen los potenciales de ionización más bajos. ¿Qué hay en los anillos / resonancia / etc. de las bases de purina frente a las de pirimidina en los polímeros de ácidos nucleicos que hace que esto sea así? Por ejemplo, según (Lindahl, Nature 362, pp. 709-715 (1993), http://www.nature.com/nature/journal/v362/n6422/abs/362709a0.html ), al menos en el contexto del ácido desoxirribonucleico (ADN) a pH ~ 7 (probablemente la velocidad es mucho más lenta en el ARN en las mismas condiciones debido al 2'-OH) la velocidad de despirimidación es de $\approx 20$ veces más lento que el ritmo de depuración. Obsérvese que la tasa básica real de depuración es $\approx 4 \times 10^{-9} \space \mathrm s^{-1}$ a 70 °C y pH ~ 7,4 (Lindahl & Nyberg, Biochemistry 11(19), pp. 3610-3618 (1972), http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/bi00769a018 ), lo que implica una tasa de base para la despirimidación de $\approx 2^{-10} \space \mathrm s^{-1}$ en las mismas condiciones.
Si tuviera que adivinar, diría que la razón tiene que ver con que las bases purínicas (o el contexto local del enlace N9-glicosídico en las bases purínicas) son menos electrófilas, razón por la que menciono energías de ionización generalmente más bajas para las purinas frente a las pirimidinas.
Citando a: http://www.nrcresearchpress.com/doi/abs/10.1139/o74-139#.U32-3vmSyDZ
"Contrariamente a lo sugerido anteriormente, tanto los desoxinucleósidos de pirimidina como los de purina están sujetos a la escisión de bases, siendo la facilidad relativa de termólisis 2-deoxiguanosina >2-deoxiadenosina >2-deoxicitidina >2-deoxiuridina > timidina."
Nótese que esto parece coincidir con las energías de ionización relativas (medidas experimentalmente) de las bases --- Guanina (7,77 eV) < Adenina (8,26 eV) < Citosina (8,68 eV) < Timina (8,87 eV): Orlov, V. M., Smirnov, A. N., Varshavsky, Y. M. Ionization potentials and electron-donor ability of nucleic acid babes and their analogues. Tetra Lett. 1976;17(48):4377–4378.
Si mi conjetura sobre la menor electrofilicidad de las bases de purina es cierta, no me queda claro, sin embargo, ¿por qué es así?
Actualización / Pensamiento:
Si nos fijamos en las cuatro bases (donde al uracilo sólo le falta el grupo metilo C5 de la timina) - ( http://img.sparknotes.com/figures/7/749a4182b7527e44d289a612e420f40c/dna_bases.gif ) - podemos observar que el nitrógeno N9 que conecta las purinas a sus azúcares sólo es adyacente a átomos de carbono con enlaces simples o dobles al nitrógeno. Sin embargo, el nitrógeno N1 que conecta las pirimidinas a sus azúcares es adyacente a un carbono C2 con doble enlace con un átomo de oxígeno. Dado que el oxígeno es más electronegativo que el nitrógeno (el oxígeno tiene una electronegatividad de ~3,44 frente a la electronegatividad del nitrógeno de ~3,04), ¿podría esto ser una pista de por qué la despirimidación es mucho menos común que la depurinación? ¿Existen análogos de bases de pirimidina con un grupo menos electronegativo unido al carbono C2, y las tasas de despirimidación en este caso igualan o superan las tasas de depurinación?
Esto podría, por supuesto, estar completamente equivocado. Por ejemplo, puede que la protonación del N7 en las purinas sea una vía para la depuración, ya que el hecho de que la guanina tenga una tasa de depuración mayor que la adenina (o una energía de ionización menor que la adenina) es coherente con una disminución de la basicidad del nitrógeno N7. Tal vez las pirimidinas son mucho menos propensas a la protonación desestabilizadora. Etc.
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Mi objetivo aquí: Me gustaría conocer el factor "más significativo" para (y espero que la razón más general para) las mayores tasas observadas de depurinación frente a la despirimidación. Por ejemplo, tal vez el oxígeno antes mencionado en pirimidinas disminuye las tasas de despirimidación por un factor de dos o así (esto no pretende ser una conjetura real), pero lo que explica la $\approx 20$ diferencia de pliegues señalada por (Lindahl, 1993)?
