左旋DNA Z-DNA

左旋 DNA 的发现是近年来分子遗传学的重大发现之一。 1972 年 Pohl 等发现人工合成的嘌呤与嘧啶相间排列的多聚核苷酸顺序（ GCGCGC ）在高盐的条件下，旋光性会发生改变。接着王惠君（ Wang A.H.J ）和 A.Rich 对六聚体 d （ CGCGCG ）单晶作了分辩率达 0.09nm 的 X- 衍射分析，提出了 Z-DNA 模型。

 

Z-DNA 的结构特点：

 

（1） 糖磷骨架量“之”字形（ Zigzag ）走向。在 Z-DNA 中 C 和核糖以反式连接，而 G 和核糖以顺式连接，由于 G C 的交替排列，随着顺式，反式构象也交替排列，使主链 P-G-P 的行经与转轴平行，而 P-C-P 的行经与转轴垂直（图 9-19 ）而呈“之”字形。

 

（2） 左旋。因 G 的糖苷键呈顺式，不仅使旋转方向发生改变。而且使 G 残基位于分子表面

 

（3） 分子外形呈波形。这是由于碱基对向螺旋的外表面前移，中轴不再像 B-DNA 位于碱基对，而移向小沟。

 

（4） C 的糖环 C₂ ’为内式（ endo ），碱基为反式（ anti ），转糖环转离小沟，而 G 的糖环 C₃ ’为内式（ endo ），碱基为顺式，使糖环弯向小沟。胞嘧啶的 C₅ 和鸟嘌呤的 N₇ C₈ 原子填满了大沟，并向表面，使大沟平线，而小沟窄而深。什么是“内式”和“外式”呢？戊糖的环并不是一个平面， C₁ ’-O-C₄ ’ 一般在一个平面上， C₂ ’ 和 C₃ ’ 常偏离平面，约在 0.05 ～ 0.06nm 。 C5’ 是在平面的上方，当 C₂ ’ 或 C₃ ’与 C₅ ’同向时称内式构象，当与 C₅ ’反向时，称为外式构象。什么是顺式 (Syn) 和反式呢？嘌呤或嘧啶通过糖苷键和戊糖连接，它们的平面几乎和戊糖平面垂直，并可以糖苷键为轴旋转。 Pu 的 C₄ N₉ 之间的键在戊糖平面上的投影和戊糖 C₁ ’-O 之间的键形成夹角。同样 Py 的 C₂ -N₁ 的投影也可和戊糖 C₁ ’-O 之间形成夹角，此夹角就称为扭转角。当扭转角θ =0 °± 90 °时称为顺式，θ =180 °± 90 ° .

 

Z-DNA 存在的条件

 

（1） 在高盐的条件下： NaCl 的浓度超过 2mol/L ， MgCl₂ 的浓度要超过 0.7mol/L 。

 

（ 2 ）嘌呤 - 嘧啶相间排列。现在认为在适当的离子存在条件下，任何不少于六个 bp 的嘌呤 - 嘧啶交替排列顺序都能形成 Z-DNA 。

 

（ 3 ）在活细胞中如果胞嘧啶酸被甲基化的话（ ^m5 C ）则无需嘌呤 - 嘧啶相间排列，在生理盐水的浓度下就可产生 Z 型。 1981 年 Behe 发现此是由于甲基（ m ）伸向大沟含水的环境中，周围局部形成憎水区，有利于 Z-DNA 的稳定。用 Z-DNA 抗体实验表明果蝇的 X 染体中就存在 Z-DNA 。

 

在体内有多胺化合物的存在，如精胺和亚胺和亚精胺，它们和阳离子一样，可和磷酸基因结合，减少负电荷的排斥作用，使 B-DNA 转变成 Z-DNA 。某些蛋白质如 Z-DNA 结合蛋白带有正电荷，与 DNA 结合可使 DNA 周围形成局部的高盐浓度和微环境，这也是在活细胞中形成 Z-DNA 的原因之一。在体内负超螺旋的存在也是 Z-DNA 形成的条件之一。抗体结合实验表明，将 poly （ dG-dC ）插入到质粒中，当质粒处于松驰状态时不能和 Z-DNA 抗体结合。

生物学意义

 

(1) 可能提供某些调节蛋白的识别。啮齿类动物病毒的复制起始部位有 d （ GC ）有交替顺序的存在；（ 2 ）在 SV40 的增强子中有三段 8bp 的 Z-DNA 存在，若将其中 2 个 Z-DNA 片段除去，再接到 b - 珠蛋白基因上表达，表明增强子失去活性。当将野生型 SV40 的 Z-DNA 中“ T ”和“ C ”转换成“ C ”、“ T ”时，不影响突变体的活性，但嘧啶转换成嘌呤时，由于破坏了嘌呤 - 嘧啶的相间排列，而使 Z-DNA 难以形成，从而 SV40 也失活。另一个例子是原生动物纤毛虫，它有大、小两个核，大核有转录活性，小核和繁殖有关。大、小两核的 DNA 浓度相同。用 B-DNA 抗体以萤光标记后，显示和大、小两核都能结合，而 Z-DNA 抗体以萤光标记后，显示仅和大核 DNA 结合，而不和小核的 DNA 结合，说明大核 DNA 有 Z-DNA 的存在，可能和转录有关。