【文章內容簡介】 擠壓出現在大溝中；對于嘧啶 （ 3ˊ 5ˊ ） 嘌呤序列，來自鳥嘌呤 N3， N2 腺嘌呤 N3間的擠壓在小溝中發(fā)生（圖 219）。可見小溝中的擠壓更為嚴重 。 為減少不利的擠壓，使堿基堆積更加有利，雙螺旋結構就要做出局部調整，如改變各個結構參數等，甚至形成交叉氫鍵，這些變化就形成了 DNA的精細結構（ fine structure）。而這些精細結構正是相應蛋白質因子與靶位點進行專一性識別和結合從而發(fā)揮 DNA功能的標志。 另據觀察， DNA與一些蛋白質因子的結合部位是一些彎曲結構，這些彎曲（ blend）是由連續(xù)的 A殘基產生的，每 組連續(xù)的 A的數目一般為 3～ 6個，并且要求連續(xù)的 A之間需被其它核苷酸隔開。 含 GT、 AC、 GA堿基對的寡聚核苷酸的晶體分析說明，這些錯配的堿基對都能包容在 BDNA中，它們的構象參數一般處于允許范圍內，如 GA的一種配對方式僅寬 ，與 GC對的尺寸十分接近，也不引起螺旋方向改變，因此，這一錯配 對 DNA的結構并不產生明顯的影響，但腺嘌呤官能團所處位置與螺旋的其余部分 明顯不同，這一特點就為修復酶提供了識別標志。 對錯配的堿基包容于雙螺旋，以及它們所產生的構象變化與其所處序列環(huán)境（ sequence environment）間的關系的深入研究，將有利于對復制過程的校對以及復制后的修復和重組酶系的進一步認識。 另外 ， ZDNA的形成與特定的 d（ GC）序列有關 ， 這也說明 DNA的局部構象對特定序列的依賴性 。 DNA的局部構象與其功能有著密切的聯系。 DNA所攜帶的遺傳信息，一類是編碼蛋白質，它們通過核苷酸三聯體與各個氨基酸間的對應關系使遺傳信息由 DNA流向蛋白質，但遺傳信息的這種流動不是靠基因自身的功能，而是通過獨立于該基因之外的蛋白質合成機構實現的。同時，蛋白質基因的表達不總是構成型的，它是受調控的。 DNA所攜帶的第二類信息即是與基因表達調控有關的信息，它們就 貯存在 DNA的精細結構中，直接表現為特定的空間結構，即密碼結構域（ code domain） ,它能被相應的蛋白質因子識別并結合，從而控制蛋白質基因的表達。 凡能結合于 DNA的蛋白質叫作 DNA結合蛋白（ DNAbinding protein）。它包括各種酶（如 DNA聚合酶、 RNA聚合酶等）和調節(jié)蛋白（如 CAP等）。這些蛋白質與DNA的結合涉及到遺傳個體發(fā)育等生物學中的一些基本問題。因此核酸蛋白質的 交互作用（ nucleic acidprotein interaction）已成為分子生物學的研究熱點。 DNA和蛋白質的結合實質上是一個雙向過程， DNA的局部構象既提供了識別標志和發(fā)生交互作用的結構條件，而蛋白質的結合又促使該處 DNA的構象發(fā)生進一步的變化或使交互作用深化。 第三節(jié) DNA的超螺旋結構和拓撲異構酶 一 、 DNA的超螺旋結構 DNA的三級結構是指 DNA雙螺旋進一步扭曲盤繞所形成的構象 ， 包括線形雙鏈中的紐結 （ kinked ） 、 超 螺 旋（ supercoiled,superhelix） 、 多重螺旋 、 分子內局部單鏈環(huán)和環(huán)狀 DNA中的超螺旋及連環(huán)等拓撲學性質 。 超螺旋結構是 DNA三級結構中最常見的一種結構 。 環(huán)狀 DNA分子 ， 線形雙螺旋分子兩端連接起來或因與蛋白質結合而固定時 ， 進一步扭曲都可形成超螺旋 。 雙螺旋 DNA處于擰緊狀態(tài)時所形成的超螺旋稱作正超螺旋（ 左手超螺旋 ） （ positive supercoil）(圖 220)， 處于擰松狀態(tài)則形成負超螺旋 （ 右手超螺旋 ） （ negative supercoil） 。 天然 DNA分子都處于負超螺旋 。 DNA形成超螺旋結構便進入另一種熱力學上的穩(wěn)定狀態(tài) ， 但不會改變環(huán)形雙 螺旋 DNA分子中一股多核苷酸鏈與另一股多核苷酸鏈的交叉次數 ， DNA分子的這種變化可用一數學式來描述： L=T+W L稱為連接數 （ linking number） 是指環(huán)形 DNA分子的兩條鏈彼此盤繞的次數 ， 它是環(huán)型雙螺旋 DNA分子的拓撲性質 ， 只要不發(fā)生鏈的斷裂 ， 它就是一個定值 。 右手螺旋時規(guī)定為正值 。 T稱為盤繞數（ twisting number） ， 它代表 DNA的一 股鏈繞雙螺旋軸所做的完整旋轉數 ， 數量上等于堿基對總數除以每一圈的堿基對數 ， 即等于雙螺旋的總轉數 。 W為超盤繞數 （ writhing number） ， 代表雙螺旋軸在空間的轉動數 。 T和 W是變量 。 因為在一個完整的環(huán)狀雙螺旋分子中 L為常數 ，所以當其形成超螺旋時 ， ?T和 ?W數值相等 ， 方向相反 。 例如： SV40DNA含 5226核苷酸對 ， T= 5226/=497 ， 實際測得W= –26 ， 則 L=T+W=497+(26)=471。 當LT即擰松狀態(tài) ， DNA形成負超螺旋 。 DNA分子形成超螺旋的生物學意義在于，一是超螺旋 DNA具有更緊密的形狀，因此在 DNA 組裝中具有重要作用。二是 DNA的結構具有動態(tài)性，這有利于其功能的發(fā)揮，而 DNA超螺旋程度的改變介導了這種結構的變化。 BDNA是一種熱力學上的穩(wěn)定結構，超螺旋的引入就提高了它的能量水平。負超螺旋的存在會影響 DNA結構變化的平衡，具超螺旋的 DNA能實現松弛態(tài) DNA所不能實現的結構轉化。 二 、 拓撲異構酶 細胞內存在一類能催化 DNA拓撲異構體（ topoisomer）相互轉化的酶，它們稱為拓撲異構酶（ topoisomerase）。它們能與 DNA形成共價結合的蛋白質 DNA中間體，從而在其骨架的磷酸二酯鍵處造成暫時性的裂口，使 DNA的多核苷酸鏈得以穿越，結果改變了分子的拓撲狀態(tài)。在這一過程中， DNA的連接數雖然改變了，但其核苷酸序列并無任何變化。 拓撲異構酶共有兩類 :Ⅰ 型和 Ⅱ 型拓撲異構酶 。 （ 一 ） Ⅰ 型拓撲異構酶 作用特點： ① 僅切斷雙鏈 DNA的一條鏈 ， 即催化瞬時的單鏈斷裂和連接 ， ② 不需要能量輔助因子如 ATP和 NAD等 ， 因而不能催化需能的超螺旋化結構 。 目前研究較為清楚的是大腸桿菌拓撲異構酶（過去叫做 ω 蛋白）。其作用機理是，當酶與 DNA結合時，可形成穩(wěn)定的 復合物，這個復合物是切斷 DNA鏈的5′ 磷酸基與酶的酪氨酸羥基以酯鍵連接而成的，同時酶的另一端共價連接在3′ OH基上。在此發(fā)生的是磷酸二酯鍵的轉移反應，由 DNA轉移到蛋白質。當DNA的一股鏈穿越切割點繞另一股旋轉一圈后，原來斷裂的 DNA重新連接，酶被釋放。即磷酸二酯鍵又由蛋白質轉移到 DNA（圖 221）。整個過程并不發(fā)生鍵的不可逆水解，沒有能量的丟失。因此不需要外界供給能量，結果由于 L由 n變?yōu)?n+1 而增加了正超螺旋或減少了負超螺旋。 圖 221 拓撲異構酶 Ⅰ 的作用機制 （二） Ⅱ 型拓撲異構酶 Ⅱ 型酶作用的共同特點是： ① 同時切斷 、縫合 DNA的兩條鏈 ， 不需要單鏈切口存在 ，因而每個反應后改變兩個鏈環(huán)數； ② 需要能量輔助因子 。 大腸桿菌的拓撲異構酶 Ⅱ 又叫旋轉酶（ gyrase），作用的可能機制如圖 222所示。當反應開始時， DNA圍繞著酶卷起，然后將兩條鏈切斷， 2個 A亞基分別與 5磷酸基結合，在酶構象改變的牽引下， 另一雙鏈穿越酶蛋白提供的裂隙（切口），最后斷裂的 2條鏈又重新連接。 ATP水解產生的能量用來恢復酶的構象，從而可進行下一次循環(huán)。拓撲異構酶 Ⅱ 功能是