【正文】 約有 40%～ 70%的核苷酸參與了雙螺旋的形成，所以 RNA分子可以形成多環(huán)多臂的二級(jí)結(jié)構(gòu)。 RNA的結(jié)構(gòu)和功能 大多數(shù)天然 RNA是 一條單鏈 。 染色體含有多種 非組蛋白 (nonhistone proteins)，由于非組蛋白主要與特異的 DNA序列結(jié)合，亦可被稱(chēng)作序列特異性 DNA結(jié)合蛋白 (sequence specific DNA binding protein, SDBP)，其中包括高遷移率蛋白 (high mobility group protein, HMG)，轉(zhuǎn)錄因子， DNA聚合酶和 RNA聚合酶，參與基因表達(dá)調(diào)控的蛋白質(zhì)，染色體骨架蛋白等。間期細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)有兩種結(jié)構(gòu)，壓縮程度較低的為 常染色質(zhì) (euchromatin)，其轉(zhuǎn)錄活性較高。后者與染色體骨架蛋白質(zhì)結(jié)合形成大的 突環(huán) (loops)結(jié)構(gòu)，或稱(chēng)之為 超螺線(xiàn)管 (supersolenoid)結(jié)構(gòu)，經(jīng)進(jìn)一步折疊形成 微帶 (miniband)結(jié)構(gòu)，最后折疊形成 染色體 (chromosome)，使 DNA的長(zhǎng)度壓縮約 10000倍（圖 231）。 (a) Deduced structure of the nucleosome core particle wrapped with turns of DNA (146 bp). The DNA is shown as a ribbon. (left) View down the axis of the nucleosome。 (b) top view。 組蛋白八聚體：（ a)前面觀(guān)； (b)頂面觀(guān)；（ c）沿著染色體纖維長(zhǎng)軸的透視圖； (d)DNA與組蛋白空間結(jié)構(gòu)的模式圖。 核小體的電鏡照片 Electron micrograph of Drosophila melanogaster chromatin after swelling reveals the presence of nucleosomes as ―beads on a string.‖ DNA分子纏繞組蛋白核心時(shí)，也會(huì)發(fā)生拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，其原理如圖 230所示。連接核粒核心的 DNA片段稱(chēng)間隔區(qū)，長(zhǎng)度一般為 20～ 60bp，可結(jié)合一分子H1(圖 229)， H1分子較大，有一定的種屬和組織特異性。核小體的核心含 H2A， H2B，H3和 H4各兩分子，這 4種組蛋白的 C端富含疏水氨基酸，使各個(gè)亞基可以通過(guò)疏水作用相互結(jié)合， N端富含帶正電荷的堿性氨基酸，可以同帶負(fù)電荷的 DNA結(jié)合。每個(gè)核小體的直徑為 11nm，它是由 DNA分子在組蛋白核心外面纏繞約 (約 146bp) 構(gòu)成的。 the linking number changes by 1 from one band to the next. 真核生物染色體的結(jié)構(gòu) 真核細(xì)胞的染色質(zhì)和一些病毒的DNA是雙螺旋線(xiàn)形分子，由于與組蛋白結(jié)合，其兩端不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 Visualization of topoisomers. In this experiment, all DNA molecules have the same number of base pairs but exhibit some range in the degree of supercoiling. Because supercoiled DNA molecules are more pact than relaxed molecules, they migrate more rapidly during gel electrophoresis. The gels shown here separate topoisomers (moving from top to bottom) over a limited range of superhelical density. In lane 1, highly supercoiled DNA migrates in a single band, even though different topoisomers are probably present. Lanes 2 and 3 illustrate the effect of treating the supercoiled DNA with a type I topoisomerase。其作用機(jī)制是切開(kāi) DNA雙鏈中的一條鏈，繞另一條鏈一周后再連接，可以改變 DNA的連環(huán)數(shù)，從而改變超螺旋的圈數(shù)。在不消耗 ATP的情況，該酶可消除負(fù)超螺旋。在消耗 ATP的情況下，每作用一次可引入 2個(gè)負(fù)超螺旋，使 L減少 2， W取值則為 –2(圖 228)。 正超螺旋為雙螺旋旋轉(zhuǎn)過(guò)度，通過(guò)分子整體的左旋來(lái)解開(kāi)過(guò)度的螺旋。 負(fù)超螺旋 右手 正超螺旋 左手 DNA雙螺旋為右手螺旋。 在環(huán)狀 DNA的兩條鏈均不斷開(kāi)的情況下，若雙螺旋進(jìn)一步解開(kāi)，即會(huì)形成左手超螺旋，稱(chēng) 正超螺旋 DNA(positive supercoilid DNA)。 超螺旋的量度可以用超螺旋密度 λ來(lái)表示： λ=（ L – T） / T 在天然 DNA中， λ約為 – ，大約 20個(gè)雙螺旋有1個(gè)超螺旋。 T：纏繞數(shù)，即雙螺旋的圈數(shù)。 W：扭曲數(shù)，即超螺旋數(shù)。 White方程： L = T + W L：連環(huán)數(shù)或稱(chēng)拓?fù)洵h(huán)繞數(shù)，指 cccDNA中一條鏈繞另一條鏈的總次數(shù)。 這種在拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用下，通過(guò)減少連環(huán)數(shù)形成的超螺旋稱(chēng)作 負(fù)超螺旋 DNA(negative supercoilid DNA)。將這種狀態(tài)下的超螺旋數(shù)規(guī)定為負(fù)值，即 W為 –4。如圖 227所示，一段雙螺旋圈數(shù)為 40的 BDNA，在 40轉(zhuǎn)螺旋均已形成的情況下連接成環(huán)形時(shí)，雙鏈環(huán)不發(fā)生進(jìn)一步扭曲，構(gòu)成松弛環(huán)形 DNA，其 L和 T均為 40， W為 0。若超螺旋 DNA的兩條鏈均斷裂，就會(huì)轉(zhuǎn)化為 線(xiàn)性 DNA(linear DNA)。若超螺旋 DNA的一條鏈斷裂，分子將釋放扭曲張力，形成 松弛環(huán)狀 DNA(relaxed circular DNA)，也稱(chēng)為 開(kāi)環(huán)DNA(open circular DNA, ocDNA)。超螺旋 DNA具有更為致密的結(jié)構(gòu)，可以將很長(zhǎng)的 DNA分子壓縮在一個(gè)較小的體積內(nèi)，同時(shí)，也增加了 DNA的穩(wěn)定性。 DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu) 環(huán)狀 DNA的超螺旋結(jié)構(gòu) 細(xì)菌的染色體 DNA，某些病毒的 DNA，細(xì)菌質(zhì)粒、真核生物的線(xiàn)粒體和葉綠體的 DNA，為雙鏈環(huán)狀 DNA。在酵母提取液中，發(fā)現(xiàn)了以四鏈 DNA為底物的核酸酶，提示生物體內(nèi)可能有天然存在的四鏈 DNA結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，在非變性電泳中，端粒 DNA有很高的泳動(dòng)度，端粒 DNA對(duì)水解單鏈核酸的酶有抗性，核磁共振和 X射線(xiàn)衍射研究發(fā)現(xiàn)，端粒 DNA中存在GG氫鍵，這些實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持端粒 DNA中存在四鏈DNA結(jié)構(gòu)。環(huán)境中的陽(yáng)離子可影響 DNA四鏈結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)象。 G四聯(lián)體中的每一個(gè) G分別來(lái)自 4條多聚鳥(niǎo)苷酸鏈， G與戊糖形成的糖苷鍵為反式構(gòu)象。對(duì)四鏈結(jié)構(gòu)的 X射線(xiàn)衍射研究發(fā)現(xiàn)，四鏈結(jié)構(gòu)可以看成是由 G四聯(lián)體 片層以螺旋方式堆積而成的。細(xì)胞內(nèi)是否存在這樣的機(jī)制，有待實(shí)驗(yàn)工作來(lái)證實(shí)。研究發(fā)現(xiàn)，三螺旋結(jié)構(gòu)可阻止 DNA的體外合成。但研究發(fā)現(xiàn)，多胺類(lèi)（如精胺和亞精胺）在生理?xiàng)l件下可促進(jìn)三螺旋結(jié)構(gòu)的形成，其可能的原因是，多胺類(lèi)降低了三條鏈的磷酸骨架之間的靜電斥力。 原核生物基因組中不乏可形成三螺旋結(jié)構(gòu)的 DNA序列。在三螺旋結(jié)構(gòu)中，存在 TA*T， CG*C+，TA*A和 CG*G四種三聯(lián)堿基配對(duì) (圖 225)，其中的“ ‖表示 WotsonCrick堿基對(duì)，“ *”表示 Hoobsteen堿基配對(duì)，這種堿基配對(duì)是Hoobsteen于 1963年首先發(fā)現(xiàn)的，因此而得名。有些回文順序可以作為限制性核酸內(nèi)切酶的識(shí)別位點(diǎn)，還有些回文順序形成的發(fā)夾結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)錄的終止，或轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控方面發(fā)揮重要作用。 DNA中存在不少如圖 223所示的 二重對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu) (two fold rotationally symmetry)，即一條鏈堿基序列的正讀與另一條鏈堿基序列的反讀是相同的。 D/R hybrid 11 20176。 B型 (92%,Na) 10 0176。 （ 3） DNA的甲基化與基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)，一定程度的甲基化可以促進(jìn) ZDNA的生成，說(shuō)明 ZDNA與基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)。 (2) 原生動(dòng)物纖毛蟲(chóng)，有大、小兩個(gè)核， 大核 有轉(zhuǎn)錄活性， 小核 與繁殖有關(guān)。 ZDNA的生物學(xué)意義 (1) 可能提供某些調(diào)節(jié)蛋白的識(shí)別位點(diǎn)。 （ 5）某些蛋白質(zhì)如 ZDNA結(jié)合蛋白帶有正電荷，可使 DNA周?chē)纬删植康母啕}濃度微環(huán)境。 （ 3）在活細(xì)胞中如果有 m5C，則無(wú)需嘌呤 嘧啶相間排列，在生理鹽水的濃度下可產(chǎn)生 Z型將結(jié)構(gòu)。 Comparison of the deoxyguanosine conformation in B and ZDNA. In BDNA, the Cl39。 在接近生理?xiàng)l件的鹽濃度時(shí)， 甲基化 的 d(GC)n 可以從 B型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?Z型結(jié)構(gòu)。 Rich等還發(fā)現(xiàn)用熒光化合物標(biāo)記 ZDNA特異性 抗體 與果蠅唾液腺染色體的許多部位結(jié)合，在鼠類(lèi)和各種植物的完整細(xì)胞核等自然體系中也找到了含有 ZDNA的區(qū)域。endo構(gòu)象，嘧啶核苷酸的糖環(huán)為 C239。 ZDNA直徑約 ，螺旋的每轉(zhuǎn)含 12個(gè)堿基對(duì)，整個(gè)分子比較細(xì)長(zhǎng)而伸展，其堿基對(duì)偏離中心軸，靠近螺旋外側(cè)，螺旋的表面只有小溝沒(méi)有大溝。 ，同時(shí)，分子表面的大溝變得狹而深，小溝變得寬而淺。endo構(gòu)象。 在 ADNA和 BDNA中堿基均以反式構(gòu)象存在，但二者的糖環(huán)構(gòu)象不同， BDNA為 C239。相對(duì)濕度為 75%的 DNA鈉鹽結(jié)構(gòu)有所不同，稱(chēng) ADNA(A form DNA)， ADNA的堿基平面傾斜了 20o，螺距和每一轉(zhuǎn)的堿基對(duì)數(shù)目變化如表 22所示。研究發(fā)現(xiàn)，雙螺旋結(jié)構(gòu)可以發(fā)生一定的變化而形成不同的類(lèi)型，亦可進(jìn)一步扭曲成三級(jí)結(jié)構(gòu)。但 一些化學(xué)鏈亦可在一定范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn) ，使 DNA分子有一定的柔韌性。 Watson–Crick A : T and G : C base pairs. All H bonds in both base pairs are straight, with each H atom pointing directly at its acceptor N or O atom. Linear H bonds are the strongest. The mandatory binding of larger purines with smaller pyrimidines leads to base pairs that have virtually identical dimensions, allowing the two sugar– phosphate backbones to adopt identical helical conformations. (5) 大多