【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 擠壓出現(xiàn)在大溝中；對(duì)于嘧啶 （ 3ˊ 5ˊ ） 嘌呤序列，來(lái)自鳥(niǎo)嘌呤 N3， N2 腺嘌呤 N3間的擠壓在小溝中發(fā)生（圖 219）?？梢?jiàn)小溝中的擠壓更為嚴(yán)重 。 為減少不利的擠壓，使堿基堆積更加有利，雙螺旋結(jié)構(gòu)就要做出局部調(diào)整，如改變各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)等，甚至形成交叉氫鍵，這些變化就形成了 DNA的精細(xì)結(jié)構(gòu)（ fine structure）。而這些精細(xì)結(jié)構(gòu)正是相應(yīng)蛋白質(zhì)因子與靶位點(diǎn)進(jìn)行專一性識(shí)別和結(jié)合從而發(fā)揮 DNA功能的標(biāo)志。 另?yè)?jù)觀察， DNA與一些蛋白質(zhì)因子的結(jié)合部位是一些彎曲結(jié)構(gòu)，這些彎曲（ blend）是由連續(xù)的 A殘基產(chǎn)生的，每 組連續(xù)的 A的數(shù)目一般為 3～ 6個(gè)，并且要求連續(xù)的 A之間需被其它核苷酸隔開(kāi)。 含 GT、 AC、 GA堿基對(duì)的寡聚核苷酸的晶體分析說(shuō)明，這些錯(cuò)配的堿基對(duì)都能包容在 BDNA中，它們的構(gòu)象參數(shù)一般處于允許范圍內(nèi)，如 GA的一種配對(duì)方式僅寬 ，與 GC對(duì)的尺寸十分接近，也不引起螺旋方向改變，因此，這一錯(cuò)配 對(duì) DNA的結(jié)構(gòu)并不產(chǎn)生明顯的影響，但腺嘌呤官能團(tuán)所處位置與螺旋的其余部分 明顯不同，這一特點(diǎn)就為修復(fù)酶提供了識(shí)別標(biāo)志。 對(duì)錯(cuò)配的堿基包容于雙螺旋，以及它們所產(chǎn)生的構(gòu)象變化與其所處序列環(huán)境（ sequence environment）間的關(guān)系的深入研究，將有利于對(duì)復(fù)制過(guò)程的校對(duì)以及復(fù)制后的修復(fù)和重組酶系的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。 另外 ， ZDNA的形成與特定的 d（ GC）序列有關(guān) ， 這也說(shuō)明 DNA的局部構(gòu)象對(duì)特定序列的依賴性 。 DNA的局部構(gòu)象與其功能有著密切的聯(lián)系。 DNA所攜帶的遺傳信息，一類是編碼蛋白質(zhì)，它們通過(guò)核苷酸三聯(lián)體與各個(gè)氨基酸間的對(duì)應(yīng)關(guān)系使遺傳信息由 DNA流向蛋白質(zhì)，但遺傳信息的這種流動(dòng)不是靠基因自身的功能，而是通過(guò)獨(dú)立于該基因之外的蛋白質(zhì)合成機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，蛋白質(zhì)基因的表達(dá)不總是構(gòu)成型的，它是受調(diào)控的。 DNA所攜帶的第二類信息即是與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的信息，它們就 貯存在 DNA的精細(xì)結(jié)構(gòu)中，直接表現(xiàn)為特定的空間結(jié)構(gòu)，即密碼結(jié)構(gòu)域（ code domain） ,它能被相應(yīng)的蛋白質(zhì)因子識(shí)別并結(jié)合，從而控制蛋白質(zhì)基因的表達(dá)。 凡能結(jié)合于 DNA的蛋白質(zhì)叫作 DNA結(jié)合蛋白（ DNAbinding protein）。它包括各種酶（如 DNA聚合酶、 RNA聚合酶等）和調(diào)節(jié)蛋白（如 CAP等）。這些蛋白質(zhì)與DNA的結(jié)合涉及到遺傳個(gè)體發(fā)育等生物學(xué)中的一些基本問(wèn)題。因此核酸蛋白質(zhì)的 交互作用（ nucleic acidprotein interaction）已成為分子生物學(xué)的研究熱點(diǎn)。 DNA和蛋白質(zhì)的結(jié)合實(shí)質(zhì)上是一個(gè)雙向過(guò)程， DNA的局部構(gòu)象既提供了識(shí)別標(biāo)志和發(fā)生交互作用的結(jié)構(gòu)條件，而蛋白質(zhì)的結(jié)合又促使該處 DNA的構(gòu)象發(fā)生進(jìn)一步的變化或使交互作用深化。 第三節(jié) DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)和拓?fù)洚悩?gòu)酶 一 、 DNA的超螺旋結(jié)構(gòu) DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指 DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲盤繞所形成的構(gòu)象 ， 包括線形雙鏈中的紐結(jié) （ kinked ） 、 超 螺 旋（ supercoiled,superhelix） 、 多重螺旋 、 分子內(nèi)局部單鏈環(huán)和環(huán)狀 DNA中的超螺旋及連環(huán)等拓?fù)鋵W(xué)性質(zhì) 。 超螺旋結(jié)構(gòu)是 DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)中最常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu) 。 環(huán)狀 DNA分子 ， 線形雙螺旋分子兩端連接起來(lái)或因與蛋白質(zhì)結(jié)合而固定時(shí) ， 進(jìn)一步扭曲都可形成超螺旋 。 雙螺旋 DNA處于擰緊狀態(tài)時(shí)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(fù)超螺旋 （ 右手超螺旋 ） （ negative supercoil） 。 天然 DNA分子都處于負(fù)超螺旋 。 DNA形成超螺旋結(jié)構(gòu)便進(jìn)入另一種熱力學(xué)上的穩(wěn)定狀態(tài) ， 但不會(huì)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(shù) ， DNA分子的這種變化可用一數(shù)學(xué)式來(lái)描述： L=T+W L稱為連接數(shù) （ linking number） 是指環(huán)形 DNA分子的兩條鏈彼此盤繞的次數(shù) ， 它是環(huán)型雙螺旋 DNA分子的拓?fù)湫再|(zhì) ， 只要不發(fā)生鏈的斷裂 ， 它就是一個(gè)定值 。 右手螺旋時(shí)規(guī)定為正值 。 T稱為盤繞數(shù)（ twisting number） ， 它代表 DNA的一 股鏈繞雙螺旋軸所做的完整旋轉(zhuǎn)數(shù) ， 數(shù)量上等于堿基對(duì)總數(shù)除以每一圈的堿基對(duì)數(shù) ， 即等于雙螺旋的總轉(zhuǎn)數(shù) 。 W為超盤繞數(shù) （ writhing number） ， 代表雙螺旋軸在空間的轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù) 。 T和 W是變量 。 因?yàn)樵谝粋€(gè)完整的環(huán)狀雙螺旋分子中 L為常數(shù) ，所以當(dāng)其形成超螺旋時(shí) ， ?T和 ?W數(shù)值相等 ， 方向相反 。 例如： SV40DNA含 5226核苷酸對(duì) ， T= 5226/=497 ， 實(shí)際測(cè)得W= –26 ， 則 L=T+W=497+(26)=471。 當(dāng)LT即擰松狀態(tài) ， DNA形成負(fù)超螺旋 。 DNA分子形成超螺旋的生物學(xué)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(jié)構(gòu)具有動(dòng)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(dǎo)了這種結(jié)構(gòu)的變化。 BDNA是一種熱力學(xué)上的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，超螺旋的引入就提高了它的能量水平。負(fù)超螺旋的存在會(huì)影響 DNA結(jié)構(gòu)變化的平衡，具超螺旋的 DNA能實(shí)現(xiàn)松弛態(tài) DNA所不能實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。 二 、 拓?fù)洚悩?gòu)酶 細(xì)胞內(nèi)存在一類能催化 DNA拓?fù)洚悩?gòu)體（ topoisomer）相互轉(zhuǎn)化的酶，它們稱為拓?fù)洚悩?gòu)酶（ topoisomerase）。它們能與 DNA形成共價(jià)結(jié)合的蛋白質(zhì) DNA中間體，從而在其骨架的磷酸二酯鍵處造成暫時(shí)性的裂口，使 DNA的多核苷酸鏈得以穿越，結(jié)果改變了分子的拓?fù)錉顟B(tài)。在這一過(guò)程中， DNA的連接數(shù)雖然改變了，但其核苷酸序列并無(wú)任何變化。 拓?fù)洚悩?gòu)酶共有兩類 :Ⅰ 型和 Ⅱ 型拓?fù)洚悩?gòu)酶 。 （ 一 ） Ⅰ 型拓?fù)洚悩?gòu)酶 作用特點(diǎn)： ① 僅切斷雙鏈 DNA的一條鏈 ， 即催化瞬時(shí)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(jié)構(gòu) 。 目前研究較為清楚的是大腸桿菌拓?fù)洚悩?gòu)酶（過(guò)去叫做 ω 蛋白）。其作用機(jī)理是，當(dāng)酶與 DNA結(jié)合時(shí)，可形成穩(wěn)定的 復(fù)合物，這個(gè)復(fù)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(shí)酶的另一端共價(jià)連接在3′ OH基上。在此發(fā)生的是磷酸二酯鍵的轉(zhuǎn)移反應(yīng)，由 DNA轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)。當(dāng)DNA的一股鏈穿越切割點(diǎn)繞另一股旋轉(zhuǎn)一圈后，原來(lái)斷裂的 DNA重新連接，酶被釋放。即磷酸二酯鍵又由蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到 DNA（圖 221）。整個(gè)過(guò)程并不發(fā)生鍵的不可逆水解，沒(méi)有能量的丟失。因此不需要外界供給能量，結(jié)果由于 L由 n變?yōu)?n+1 而增加了正超螺旋或減少了負(fù)超螺旋。 圖 221 拓?fù)洚悩?gòu)酶 Ⅰ 的作用機(jī)制 （二） Ⅱ 型拓?fù)洚悩?gòu)酶 Ⅱ 型酶作用的共同特點(diǎn)是： ① 同時(shí)切斷 、縫合 DNA的兩條鏈 ， 不需要單鏈切口存在 ，因而每個(gè)反應(yīng)后改變兩個(gè)鏈環(huán)數(shù)； ② 需要能量輔助因子 。 大腸桿菌的拓?fù)洚悩?gòu)酶 Ⅱ 又叫旋轉(zhuǎn)酶（ gyrase），作用的可能機(jī)制如圖 222所示。當(dāng)反應(yīng)開(kāi)始時(shí)， DNA圍繞著酶卷起，然后將兩條鏈切斷， 2個(gè) A亞基分別與 5磷酸基結(jié)合，在酶構(gòu)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(chǎn)生的能量用來(lái)恢復(fù)酶的構(gòu)象，從而可進(jìn)行下一次循環(huán)。拓?fù)洚悩?gòu)酶 Ⅱ 功能是