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DNA是左旋还是右旋?

(2018-10-23 10:05:40)
标签:

dna

手性

左旋

右旋

分类: Newton科学世界

地球生物DNA为什么都是双左旋而不是右旋的?

说左旋或右旋,涉及“手性”一词。手性指左手和右手的差异特征。在化学中,组成相同但空间结构上互成镜像的分子是手性分子。对于螺旋,原则上可以任意定义其中一种为“左旋”,右旋则正好与左旋相反,因为右或者左是相对的,在一个方向看偏左,在另外一个方向看可能是偏右的。

如果用物理学中的手性法则来进行分析(类似于电磁学中的安培定则),DNA中的两条多核苷酸链都是右手螺旋。伸出你的右手,拇指朝上并沿着螺旋的长轴,其余4个手指握拳弯曲,随着沟的方向摆放。沿拇指所指的方向追踪双螺旋的一条链,如果螺旋的方向和大拇指所指的方向相同,这就是右手螺旋;如果相反则为左手螺旋。1953年沃森和克里克提出的著名DNA双螺旋结构模型,就是一个右手性的双螺旋。当碱基排列呈现出这种结构时,分子能量处于最低状态。这种双螺旋展示的是DNA分子的二级结构。研究表明,自然界双螺旋DNA大多为右手螺旋,以多种不同的构象存在,如A型、B型、C型等,但也有左手螺旋的,如Z型。

不同构象的DNA在一定的环境条件下可以相互转变,如相对湿度、溶液的盐浓度、离子种类、有机溶剂等都能引起DNA构象的变化。沃森和克里克提出的结构代表DNA钠盐在较高湿度下(92%)制得的纤维的结构,即右手螺旋的B型。由于它的水分含量较高,可能比较接近大部分DNA在细胞中的构象。增加NaCl浓度可使B型转变为A型。当DNA是钠盐时,ABC三种构象都能出现;但若改成锂盐,只有B型和C型可能出现。ZDNA的序列必须含有鸟嘌呤,并且需要嘌呤碱与嘧啶碱交替出现;在上述条件下,高阳离子浓度和有机溶剂更有利于Z型的形成;DNA的甲基化可导致B型向Z型转化。另外,研究表明,DNA的变构效应可能与基因表达的调节有关。

   在自然条件下,左手螺旋ZDNA只占很小一部分,它的生理意义还不是十分清楚。有研究者认为,生物在进化中,生物体内各种分子的结构越来越复杂,功能越来越专一。一些功能分子被要求只能和特定的一种或几种分子发生反应,于是手性分子就被选择性地进化出来(手性分子的性质有时差不多,有时差别极大)。但对生物体来说,要处理两种镜像分子就必须要进化出两套不同的酶系统,这是不经济的。

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