《生物化學(xué)與分子生物學(xué)》 (三)DNA結(jié)構(gòu)的不均一性(heterogeneity)

在DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)中，四種堿基A，T，C，G遠(yuǎn)非均勻分布，盡管雙螺旋的構(gòu)型大體相同，但沿著DNA鏈各處的物理結(jié)構(gòu)不完全相同，各處雙螺旋的穩(wěn)定性也就顯示出差別，充分體現(xiàn)了DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)的原理。其不均一性主要有：

1.反向重復(fù)序列(inverted repeats)

又稱回文序列(palindrome)，它能在DNA或RNA中形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。這種回文結(jié)構(gòu)通常是作為一種特別信號(hào)，如限制性核酸內(nèi)切酸(restriction encl閂迥onuclease)及調(diào)節(jié)蛋白的識(shí)別位點(diǎn)，轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)等。

2.富含A/T的序列

在高等生物中，A+T與G＋C的含量差不多相等，然而在它們的染色體某一區(qū)域，A·T含量可能相當(dāng)高。如在很多有重要調(diào)節(jié)功能的DNA區(qū)段都富含A·T，特別是在復(fù)制起點(diǎn)和啟動(dòng)子的Pribnow框(真核生物為TATA框)的序列中，其對(duì)于復(fù)制和起始十分重要。因?yàn)锳－T對(duì)只有二條氫鍵，此處的雙鏈較G－C對(duì)處易于解開，有利于起始復(fù)合物的形成。

3.嘌呤和嘧啶的排列順序?qū)﹄p螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。

人們考察了十種相鄰的二核苷酸對(duì)(nearestneighbor doublets)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)非常有趣的現(xiàn)象，那就是堿基組成相同，但嘌呤和嘧啶的排列順序不同，雙螺旋的穩(wěn)定性具有顯著的差異。例如5′Gc3′　3′G 5′和5′GC 3′　3′GC 5′的穩(wěn)定性相差很大，前者的穩(wěn)定性遠(yuǎn)大于后。它們的氫鍵數(shù)目是相同的，它們的差別在于相鄰堿基之間的堆集力不同。即從嘌呤到嘧啶的方向的堿基堆集作用顯著地大于同樣組成的嘧啶到嘌呤方向的堿基堆集作用。(這里的方向就是常規(guī)的從5′端到3′端的方向)。這是因?yàn)榍罢叩泥堰虱h(huán)和嘧啶環(huán)重迭面積大于后者的嘧啶環(huán)和嘌呤環(huán)的重迭面積，這在B型DNA中確是如此。

根據(jù)Gotoh 1981年的研究，十種相鄰二核苷酸對(duì)的Tm值如表15?所示，單位為℃，所用離子強(qiáng)度為19.5mmol/l Na＋。

表15－5　相鄰二核苷酸對(duì)Tm值

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的位置上看到一個(gè)叫做TATA框的結(jié)構(gòu)(又稱Hogness框)，這是RNA聚合酶的結(jié)合位點(diǎn)。在這里RNA聚合酶和有關(guān)蛋白質(zhì)因子形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。

又如，生命有機(jī)體選擇UAA作為最有效的終止密碼子絕不是偶然的，因?yàn)?4個(gè)三聯(lián)體密碼子中，它與反密碼子(假定有的話)形成的互補(bǔ)產(chǎn)物5′UAA3′3′AUU5′的Tm值是最低的一個(gè)，即使在生理溫度下也是不穩(wěn)定的。當(dāng)初有人花了很多工夫去尋找一個(gè)不攜帶氨基酸的專供肽鏈終止用的tRNA，其實(shí)并不存在這種tRNA。肽鏈的釋放是由釋放因子RF在起作用。在三種終止密碼子中，UAG和UGA常會(huì)為突變型的tRNA無義抑制，而UAA則很少發(fā)生無義抑制也可能就是這個(gè)道理。這也就說明了為什么在肽鏈終止處常常會(huì)出現(xiàn)雙重終止密碼子。