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簡述dna雙螺旋結構要點 dna雙螺旋結構特點

結構要點雙螺旋

dna雙螺旋結構的特征(dna雙螺旋結構要點簡介)
噬菌體(圖片來源:NIAID)
1977年，發表在《自然》雜志上的一項研究發現，一種噬菌體的DNA中沒有A堿基，而是被一種新的堿基——二氨基嘌呤(Z堿基)完全取代，它與DNA雙鏈中的T堿基配對 。
最近，噬菌體Z-base的研究迎來了新的進展 ?！犊茖W》上的三篇文章共同揭示了一個令人驚訝的結果:至少有100多種噬菌體可以在宿主體內合成Z堿基，它們的DNA都使用Z和T、C和g的配對形式，為什么會出現這些新的堿基，它們可能會帶來哪些變化？這些問題的答案也一一揭曉 。
1953年，克里克和沃森在《自然》雜志上發表文章揭示了DNA的雙螺旋結構，并于1962年與英國分子生物學家莫里斯·威爾金斯分享了諾貝爾生理學或醫學獎 。DNA由兩條反平行的脫氧核糖核酸單鏈組成，含有四個堿基，其中A和T之間形成兩個氫鍵，C和G之間形成三個氫鍵，用于維持DNA結構的穩定性 。
近年來，除了組成DNA的四種常見堿基(A、T、C、G)之外，科學家發現雙鏈DNA上的堿基可以被修飾，如甲基、甲?；?、羧基等 。但是，這些修飾堿基在DNA中所占的比例非常小 。
最近，中國和法國科學家在《科學》雜志上發表的三篇論文中發現，大量噬菌體(一類病毒)中的DNA與其他生物不同 。它的DNA結構也是穩定的雙螺旋結構，但構成DNA的腺嘌呤(一種堿基)被另一種堿基——二氨基嘌呤完全取代，簡稱Z堿基 。其中一篇論文的通訊作者、天津大學藥物科學與技術學院張艷教授說，這個堿基也是自然界中除了A、T、C、g以外，第五個可以形成DNA雙螺旋結構的堿基 。
許多噬菌體的DNA由Z、T、C和G堿基組成(圖片來自論文)
“這個新堿基打破了Crick等人此前定義的經典DNA雙螺旋結構，我們可以稱之為能夠構建DNA雙螺旋的‘第五堿基’，”張艷在接受《環球科學》采訪時表示 。“在研究中，我們發現這種DNA的穩定性高于傳統DNA，我們推測Z和T可能形成三個氫鍵 。這也意味著DNA有了新的物理和化學性質 ?！狈▏茖W家發表的另外兩篇文章也證實了張炎教授等人的研究 。
無人問津的研究 。1977年，Z-base首次出現在《自然》雜志發表的一篇文章中 。當時，蘇聯科學家分析了能感染藍藻的S-2L噬菌體(又稱噬藻體)的基因 。根據光譜分析數據，他們發現除了T、C、G之外還有另一個堿基，并通過酸水解實驗證實這個未知堿基就是二氨基嘌呤(Z) 。
首次發現這一現象后，他們通過酶解實驗反復驗證，證實S-2L噬菌體的DNA確實由這四個堿基的脫氧核苷酸組成，其中Z和T的含量接近，并且在DNA中是成對的 。但之后的幾十年一直沒有相關的研究進展 。
張炎教授等人由于長期從事酶學和生物基礎代謝的研究，對S-2L噬菌體給予了關注 。當他們重新檢查這篇文章時，問題也出現了——為什么這種噬菌體的DNA含有新的堿基？這個堿基是怎么合成的？
在新的研究中，他們發現S-2L噬菌體入侵宿主后，會利用自身基因合成的兩種酶——dat pase和PurZ 。PurZ扮演了一個關鍵角色 。它可以與細菌中的酶一起促進二氨基嘌呤脫氧核苷酸(如dZTP)的形成 。隨后，S-2L噬菌體本身的DNA聚合酶可以將其作為底物，在新合成的噬菌體DNA上添加Z堿基 。
噬菌體DNA中一個堿基的消失也依賴于dATPase 。能直接降解含有A堿基的脫氧核苷酸，阻止其參與DNA合成 。除了S-2L噬菌體，有些噬菌體還能合成酶DUF550，它不僅能與PurZ協同提高噬菌體合成dZTP的效率，還能部分降解含有一個堿基的脫氧核苷酸 。
噬菌體的四種酶(紅色)在DNA(含Z堿基)合成中的作用 。來自紙張的圖像
為什么這種噬菌體需要新的堿基？這與他們的生活方式密切相關 。噬菌體可以吸附在細菌表面，像注射器一樣將自身的DNA注入細菌 。然而，在細菌能夠大量繁殖之前，它首先需要面對細菌中的“免疫系統”——限制性內切酶 。當外來DNA入侵時，細菌的限制性內切酶可以切割這些外來DNA上的特定基因序列，并促進其降解 。
【簡述dna雙螺旋結構要點 dna雙螺旋結構特點】當DNA序列中的一個堿基被完全替換后，細菌中的限制性內切酶無法識別，因此細菌沒有防御措施，只能等待噬菌體占領它 。S-2L噬菌體不是唯一可以利用這種新堿基的噬菌體 。在發表于《科學》雜志的文章中，張炎等人發現了100多種能夠表達PurZ和相關基因的噬菌體，其中大部分來自于足病毒科和絲泡病毒科 。他們推測，如果一個噬菌體的基因組中含有人工合成的PurZ等基因，就可以證明其DNA中的A堿基被Z堿基完全取代，因此含有這種DNA的噬菌體可能遠不止這些 。為了證明這個猜想，他們需要一種新的噬菌體來驗證 。

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