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B型DNA

1953年Watson和Crick在nature上发表了DNA双螺旋模型首次简要阐明了复杂DNA分子的二级结构,明确提出特异碱基配对可能是遗传物质的复制机制。

要点如下:

1.两条反向平行的互补双螺旋链,一条方向为5‘→3’,另一条方向为3‘→5’,围绕同一中心纵轴,从右向上盘旋。

2.双螺旋磷酸-脱氧核糖主链在外,位于内的碱基平面与中心轴垂直。

3.每个碱基相聚0.34nm,同条链相邻碱基夹角36度,每10个碱基形成螺旋1周,螺距3.54nm。

4.露于螺旋外的磷原子离中心轴1.0nm,易与阳离子接近。

5.两条链相互碱基互补配对,即AT/GC,分别以2个和3个氢键相连。

6.两条单链之间有小沟,两个双链之间有大沟,他们在DNA双螺旋外交替出现。

在Watson和Crick发现DNA B型双螺旋的同一时期,麻省理工学院的A.Rich等科学家提出了一种被称之为Z-DNA左手螺旋,糖磷酸骨架呈锯齿状排列,外面只有一条沟。每个Z-DNA螺旋含有12个碱基对,螺距为4.5nm。在高离子强度环境下,一条长的DNA片段中如有嘌呤嘧啶交替排列,即可呈Z构象。将Z-DNA双链中碱基C甲基化,有助于左手螺旋的稳定。某些证据表明Z-DNA可能影响基因的表达。

多年来,B型DNA和Z型DNA究竟如何结合在一起,对科学家来说一直是谜。韩国成均馆大学及中央大学科学家组成的课题组,采用X射线晶体结构分析法,首次获得了这两种DNA结合处的三维结构,并由此阐明了两种不同结构DNA如何能够结合的机理。

几种主要的DNA二级结构对照表

DNA模型

螺旋方向

直径(nm)

碱基数/螺旋

螺距(nm)

旋转角度/碱基

其它结构特征

存在情况

B-DNA

右手

2

10

3.54

36º

平滑旋转梯形螺旋结构

92%RH,钠盐,溶液和细胞中天然状态中的DNA多以此状态存在

A-DNA

右手

11

2.53

32.7º

碱基不与中心轴垂直,呈20º倾角

75%RH,钠盐

C-DNA

9.3

3.1

38º

66%RH,锂盐,可能存在于某些病毒DNA中

Z-DNA

左手

1.8

12

4.56

-60º

主链中P原子连接线呈锯齿形,似“Z”字,分子细长伸展,碱基对偏离中心轴而靠近外侧,螺旋表面只有小沟,无大沟

在一定条件下右旋DNA可转变为左旋,DNA左旋化可能与致癌、突变及基因表达调控有关

另外还有D型和E型等,研究少一些。DNA二级结构也还存在三股螺旋DNA,三股螺旋DNA存在于基因调控区和其他重要区域,因此具有重要生理意义。



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