Z-DN 图15-7Z-DNA和B-DNA Z·DNA有什么生物学意义呢？应当指出Z·DNA的形成通常在热力学上是不利的。因为Z·DNA中带负电荷的磷酸根距离太近了，这会产 生静电排斥。但是，DNA链的局部不稳定区的存在就成为潜在的解链位点。DNA解螺旋却是DNA复制和转录等过程中必要的环节，因此认为 这一结构与基因调节有关。比如SV40增强子区中就有此结构，又如鼠类微小病毒DNS复制区起始点附近有GC交替排列序列。此外，DNA螺旋 上沟的特征在其信息表达过程中起关键作用。调控蛋白都是通过其分子上特定的氨基酸侧链与DNA双螺旋沟中的碱基对一侧的氢原子供体或受 体相互作用，形成氢键从而识别DNA上的遗传信息的。大沟所带的遗传信息比小沟多。沟的宽窄和深浅也直接影响到调控蛋白质对DNA信息 的识别。Z?DNA中大沟消失，小沟狭而深，使调控蛋白识别方式也发生变化。这些都暗示Z?DNA的存在不仅仅是由于DNA中出现嘌岭一啶嘧 交替排列之结果，也一定是在漫漫的进化长河中对D、A序列与结构不断调整与筛选的结果，有其内在而深刻的含意，只是人们还未充分认识而 已. DNA构象的可变性，或者说DNA二级结构的多态性的发现拓宽了人们的视野。原来，生物体中最为稳定的遗传物质也可以采用不同的姿 态来实现其丰富多采的生物学功能。 多年来，DNA结构的研究手段主要是X射线衍射技术，其结果是通过间接观测多个DNA分子有关结构参数的平均值而获得的。同时，这项 技术的样品分析条件使被测DNA分子与天然状态相差甚远。因此，在反映DNA结构真实性方面这种方法存在着缺陷。1989年，应用扫描隧道 显微镜(scanning tummelingmicroscopy,STM)研究DNA结构克服了上述技术的缺陷。这种先进的显微技术，不仅可将被测物放大50O万倍，且 能直接观测接近天然条件下单个DNA分子的结构细节。STM技术的应用是DNA结构研究中的重要进展，可望在探索DNA结构的某些未知点上 展示巨大潜力。 (三)DNA结构的不均一性heterogeneity) 在DNA的一级结构中，四种碱基A,T,C,G远非均匀分布，尽管双螺旋的构型大体相同，但沿着DNA链各处的物理结构不完全相同，各 处双螺旋的稳定性也就显示出差别，充分体现了DNA一级结构决定高级结构的原理。其不均一性主要有： 1.反向重复序列(inverted repeats) 又称回文序列(palindrome),它能在DNA或RNA中形成发夹结构。这种回文结构通常是作为一种特别信号，如限制性核酸内切酸 (restriction encl闩迥onuclease)及调节蛋白的识别位点，转录终止信号等。 2.富含A/T的序列 在高等生物中，A+T与G+C的含量差不多相等，然而在它们的染色体某一区域，A·T含量可能相当高。如在很多有重要调节功能的DNA区 段都富含A·T,特别是在复制起点和启动子的Pribnow框（真核生物为TATA框）的序列中，其对于复制和起始十分重要。因为A·T对只有二条氢 键，此处的双链较G·C对处易于解开，有利于起始复合物的形成。 3.嘌呤和嘧啶的排列顺序对双螺旋结构稳定性的影响。 人们考察了十种相邻的二核苷酸对(nearest?neighbor doublets),发现一个非常有趣的现象，那就是碱基组成相同，但嘌呤和嘧啶的排列顺 序不同，双螺旋的稳定性具有显著的差异。例如5'Gc3'3'G5和5'GC3”3'GC5'的稳定性相差很大，前者的稳定性远大于后。它们的氢键数 目是相同的，它们的差别在于相邻碱基之间的堆集力不同。即从嘌呤到嘧啶的方向的碱基堆集作用显著地大于同样组成的嘧啶到嘌呤方向的碱 基堆集作用。（这里的方向就是常规的从5'端到3端的方向）。这是因为前者的嘌呤环和嘧啶环重迭面积大于后者的嘧啶环和嘌呤环的重迭面 积，这在B型DNA中确是如此。 根据Gotoh1981年的研究，十种相邻二核苷酸对的Tm值如表15？所示，单位为℃，所用离子强度为19.5mmol1Na+。 表15·5相邻二核苷酸对Tm值 3 A G A 54.50 57.02 58.42 97.73 T 36.73 54.50 54.71 86.44 G 86.44 97.73 85.97 136.12 C 54.71 58.42 72.55 85.97 由表15-5可以看到，5TA3'3'AT5'的Tm值最低。在真核生物中，常可以在？19到？27的位置上看到一个叫做TATA框的结构（又称Hogness 框)，这是RNA聚合酶的结合位点。在这里RNA聚合酶和有关蛋白质因子形成转录起始复合物。 又如，生命有机体选择UAA作为最有效的终止密码子绝不是偶然的，因为64个三联体密码子中，它与反密码子（假定有的话）形成的互补产 物5UAA3'3'AUU5'的Tm值是最低的一个，即使在生理温度下也是不稳定的。当初有人花了很多工夫去寻找一个不携带氨基酸的专供肽链终止图15－7 Z－DNA和B－DNA Z－DNA有什么生物学意义呢?应当指出Z－DNA的形成通常在热力学上是不利的。因为Z－DNA中带负电荷的磷酸根距离太近了，这会产 生静电排斥。但是，DNA链的局部不稳定区的存在就成为潜在的解链位点。DNA解螺旋却是DNA复制和转录等过程中必要的环节，因此认为 这一结构与基因调节有关。比如SV40增强子区中就有此结构，又如鼠类微小病毒DNS复制区起始点附近有GC交替排列序列。此外，DNA螺旋 上沟的特征在其信息表达过程中起关键作用。调控蛋白都是通过其分子上特定的氨基酸侧链与DNA双螺旋沟中的碱基对一侧的氢原子供体或受 体相互作用，形成氢键从而识别DNA上的遗传信息的。大沟所带的遗传信息比小沟多。沟的宽窄和深浅也直接影响到调控蛋白质对DNA信息 的识别。Z?DNA中大沟消失，小沟狭而深，使调控蛋白识别方式也发生变化。这些都暗示Z?DNA的存在不仅仅是由于DNA中出现嘌呤一啶嘧 交替排列之结果，也一定是在漫漫的进化长河中对DNA序列与结构不断调整与筛选的结果，有其内在而深刻的含意，只是人们还未充分认识而 已。 DNA构象的可变性，或者说DNA二级结构的多态性的发现拓宽了人们的视野。原来，生物体中最为稳定的遗传物质也可以采用不同的姿 态来实现其丰富多采的生物学功能。 多年来，DNA结构的研究手段主要是X射线衍射技术，其结果是通过间接观测多个DNA分子有关结构参数的平均值而获得的。同时，这项 技术的样品分析条件使被测DNA分子与天然状态相差甚远。因此，在反映DNA结构真实性方面这种方法存在着缺陷。1989年，应用扫描隧道 显微镜(scanning tummelingmicroscopy,STM)研究DNA结构克服了上述技术的缺陷。这种先进的显微技术，不仅可将被测物放大500万倍，且 能直接观测接近天然条件下单个DNA分子的结构细节。STM技术的应用是DNA结构研究中的重要进展，可望在探索DNA结构的某些未知点上 展示巨大潜力。 (三)DNA结构的不均一性(heterogeneity) 在DNA的一级结构中，四种碱基A，T，C，G远非均匀分布，尽管双螺旋的构型大体相同，但沿着DNA链各处的物理结构不完全相同，各 处双螺旋的稳定性也就显示出差别，充分体现了DNA一级结构决定高级结构的原理。其不均一性主要有： 1.反向重复序列(inverted repeats) 又称回文序列(palindrome)，它能在DNA或RNA中形成发夹结构。这种回文结构通常是作为一种特别信号，如限制性核酸内切酸 (restriction encl闩迥onuclease)及调节蛋白的识别位点，转录终止信号等。 2.富含A/T的序列 在高等生物中，A+T与G＋C的含量差不多相等，然而在它们的染色体某一区域，A·T含量可能相当高。如在很多有重要调节功能的DNA区 段都富含A·T，特别是在复制起点和启动子的Pribnow框(真核生物为TATA框)的序列中，其对于复制和起始十分重要。因为A－T对只有二条氢 键，此处的双链较G－C对处易于解开，有利于起始复合物的形成。 3.嘌呤和嘧啶的排列顺序对双螺旋结构稳定性的影响。 人们考察了十种相邻的二核苷酸对(nearest?neighbor doublets)，发现一个非常有趣的现象，那就是碱基组成相同，但嘌呤和嘧啶的排列顺 序不同，双螺旋的稳定性具有显著的差异。例如5′Gc3′ 3′G 5′和5′GC 3′ 3′GC 5′的稳定性相差很大，前者的稳定性远大于后。它们的氢键数 目是相同的，它们的差别在于相邻碱基之间的堆集力不同。即从嘌呤到嘧啶的方向的碱基堆集作用显著地大于同样组成的嘧啶到嘌呤方向的碱 基堆集作用。(这里的方向就是常规的从5′端到3′端的方向)。这是因为前者的嘌呤环和嘧啶环重迭面积大于后者的嘧啶环和嘌呤环的重迭面 积，这在B型DNA中确是如此。 根据Gotoh 1981年的研究，十种相邻二核苷酸对的Tm值如表15?所示，单位为℃，所用离子强度为19.5mmol/l Na＋。 表15－5 相邻二核苷酸对Tm值 3′ A T G C 5′ A 54.50 57.02 58.42 97.73 T 36.73 54.50 54.71 86.44 G 86.44 97.73 85.97 136.12 C 54.71 58.42 72.55 85.97 由表15-5可以看到，5′TA 3′ 3′AT5′的Tm值最低。在真核生物中，常可以在?19到?27的位置上看到一个叫做TATA框的结构(又称Hogness 框)，这是RNA聚合酶的结合位点。在这里RNA聚合酶和有关蛋白质因子形成转录起始复合物。 又如，生命有机体选择UAA作为最有效的终止密码子绝不是偶然的，因为64个三联体密码子中，它与反密码子(假定有的话)形成的互补产 物5′UAA3′3′AUU5′的Tm值是最低的一个，即使在生理温度下也是不稳定的。当初有人花了很多工夫去寻找一个不携带氨基酸的专供肽链终止