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简述dna双螺旋结构要点 dna双螺旋结构特点

结构要点双螺旋

dna双螺旋结构的特征(dna双螺旋结构要点简介)
噬菌体(图片来源:NIAID)
1977年，发表在《自然》杂志上的一项研究发现，一种噬菌体的DNA中没有A碱基，而是被一种新的碱基——二氨基嘌呤(Z碱基)完全取代，它与DNA双链中的T碱基配对 。
最近，噬菌体Z-base的研究迎来了新的进展 。《科学》上的三篇文章共同揭示了一个令人惊讶的结果:至少有100多种噬菌体可以在宿主体内合成Z碱基，它们的DNA都使用Z和T、C和g的配对形式，为什么会出现这些新的碱基，它们可能会带来哪些变化？这些问题的答案也一一揭晓 。
1953年，克里克和沃森在《自然》杂志上发表文章揭示了DNA的双螺旋结构，并于1962年与英国分子生物学家莫里斯·威尔金斯分享了诺贝尔生理学或医学奖 。DNA由两条反平行的脱氧核糖核酸单链组成，含有四个碱基，其中A和T之间形成两个氢键，C和G之间形成三个氢键，用于维持DNA结构的稳定性 。
近年来，除了组成DNA的四种常见碱基(A、T、C、G)之外，科学家发现双链DNA上的碱基可以被修饰，如甲基、甲酰基、羧基等 。但是，这些修饰碱基在DNA中所占的比例非常小 。
最近，中国和法国科学家在《科学》杂志上发表的三篇论文中发现，大量噬菌体(一类病毒)中的DNA与其他生物不同 。它的DNA结构也是稳定的双螺旋结构，但构成DNA的腺嘌呤(一种碱基)被另一种碱基——二氨基嘌呤完全取代，简称Z碱基 。其中一篇论文的通讯作者、天津大学药物科学与技术学院张艳教授说，这个碱基也是自然界中除了A、T、C、g以外，第五个可以形成DNA双螺旋结构的碱基 。
许多噬菌体的DNA由Z、T、C和G碱基组成(图片来自论文)
“这个新碱基打破了Crick等人此前定义的经典DNA双螺旋结构，我们可以称之为能够构建DNA双螺旋的‘第五碱基’，”张艳在接受《环球科学》采访时表示 。“在研究中，我们发现这种DNA的稳定性高于传统DNA，我们推测Z和T可能形成三个氢键 。这也意味着DNA有了新的物理和化学性质 。”法国科学家发表的另外两篇文章也证实了张炎教授等人的研究 。
无人问津的研究 。1977年，Z-base首次出现在《自然》杂志发表的一篇文章中 。当时，苏联科学家分析了能感染蓝藻的S-2L噬菌体(又称噬藻体)的基因 。根据光谱分析数据，他们发现除了T、C、G之外还有另一个碱基，并通过酸水解实验证实这个未知碱基就是二氨基嘌呤(Z) 。
首次发现这一现象后，他们通过酶解实验反复验证，证实S-2L噬菌体的DNA确实由这四个碱基的脱氧核苷酸组成，其中Z和T的含量接近，并且在DNA中是成对的 。但之后的几十年一直没有相关的研究进展 。
张炎教授等人由于长期从事酶学和生物基础代谢的研究，对S-2L噬菌体给予了关注 。当他们重新检查这篇文章时，问题也出现了——为什么这种噬菌体的DNA含有新的碱基？这个碱基是怎么合成的？
在新的研究中，他们发现S-2L噬菌体入侵宿主后，会利用自身基因合成的两种酶——dat pase和PurZ 。PurZ扮演了一个关键角色 。它可以与细菌中的酶一起促进二氨基嘌呤脱氧核苷酸(如dZTP)的形成 。随后，S-2L噬菌体本身的DNA聚合酶可以将其作为底物，在新合成的噬菌体DNA上添加Z碱基 。
噬菌体DNA中一个碱基的消失也依赖于dATPase 。能直接降解含有A碱基的脱氧核苷酸，阻止其参与DNA合成 。除了S-2L噬菌体，有些噬菌体还能合成酶DUF550，它不仅能与PurZ协同提高噬菌体合成dZTP的效率，还能部分降解含有一个碱基的脱氧核苷酸 。
噬菌体的四种酶(红色)在DNA(含Z碱基)合成中的作用 。来自纸张的图像
为什么这种噬菌体需要新的碱基？这与他们的生活方式密切相关 。噬菌体可以吸附在细菌表面，像注射器一样将自身的DNA注入细菌 。然而，在细菌能够大量繁殖之前，它首先需要面对细菌中的“免疫系统”——限制性内切酶 。当外来DNA入侵时，细菌的限制性内切酶可以切割这些外来DNA上的特定基因序列，并促进其降解 。
【简述dna双螺旋结构要点 dna双螺旋结构特点】当DNA序列中的一个碱基被完全替换后，细菌中的限制性内切酶无法识别，因此细菌没有防御措施，只能等待噬菌体占领它 。S-2L噬菌体不是唯一可以利用这种新碱基的噬菌体 。在发表于《科学》杂志的文章中，张炎等人发现了100多种能够表达PurZ和相关基因的噬菌体，其中大部分来自于足病毒科和丝泡病毒科 。他们推测，如果一个噬菌体的基因组中含有人工合成的PurZ等基因，就可以证明其DNA中的A碱基被Z碱基完全取代，因此含有这种DNA的噬菌体可能远不止这些 。为了证明这个猜想，他们需要一种新的噬菌体来验证 。

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