胡斯坦鹼基對

胡斯坦鹼基對是核酸中鹼基配對的變體，例如A•T對。以這種方式，兩個核鹼基，每個鏈上一個，可以通過主要凹槽中的氫鍵保持在一起。一個胡斯坦鹼基對利用嘌呤鹼基（作為氫鍵受體）的和C6氨基（作為供體）的N7位置，其結合嘧啶鹼基的沃森－克里克（N3–C4）面。

歷史

在詹姆斯·沃森(James Watson)和弗朗西斯·克里克(Francis Crick)發表他們的DNA雙螺旋模型十年之後^[2]，一名在荷蘭出生的美國生化學家卡斯特·胡斯坦（英語：Karst Hoogsteen）（Karst Hoogsteen）報道了一種新的複合物的晶體結構^[3]，其中A和T的類似物形成了一個具有不同於由沃森和克里克所描述鹼基對的幾何形狀的鹼基對。類似地，G•C對可以出現替代的鹼基配對幾何。胡斯坦指出，如果DNA中存在替代的氫鍵模式，則雙螺旋必須呈現完全不同的形狀。然而，很少觀察到胡斯坦鹼基對。

化學性質

胡斯坦鹼基對具有與沃森-克里克鹼基對完全不同的特性。兩個糖苷鍵之間的角度（A•T對中約80°）較大，C1'-C1'距離（約860 pm或8.6 Å）小於常規幾何形狀。在某些情況下，稱為'反向胡斯坦鹼基對'，一個鹼基相對於另一個鹼基旋轉180°。

在一些DNA序列中，特別是CA和TA二核苷酸，胡斯坦鹼基對作為瞬態實體(transient entities)存在，它與標準沃森-克里克鹼基對存在熱平衡。瞬態實體的檢測需要使用直到最近才被應用於大分子的核磁共振(NMR)技術^[1]。

在蛋白質-DNA複合物中觀察到胡斯坦鹼基對^[4]。一些蛋白質已進化為僅僅識別一種鹼基對類型，並使用分子間相互作用來改變兩種幾何形狀之間的平衡。

DNA具有許多特徵，可以通過蛋白質進行序列特異性識別。最初認為這種識別主要涉及胺基酸側鏈和鹼基之間的特定氫鍵相互作用。但很快就發現沒有可識別的一對一的對應 - 也就是說，沒有簡單的代碼可供閱讀。部分問題是DNA可能經歷構象變化，扭曲了經典的雙螺旋。由此產生的變化改變了DNA鹼基對蛋白質分子的呈遞(presentation)，從而影響了識別機制。

由於雙螺旋中的扭曲本身依賴於鹼基序列，因此蛋白質能夠以與它們識別其他蛋白質和小配體分子的方式類似的方式識別DNA，即通過幾何形狀（而不是特定序列）。例如，A和T鹼基的延伸可導致DNA的次要凹槽變窄（在雙螺旋中兩個凹槽中更狹窄的一個凹槽），導致局部負靜電勢增強，從而產生帶正電荷的精氨酸氨基的結合位點 - 蛋白質上的胺基酸殘基。

三聯體結構

DNA三鏈體的鹼基結構

這種非沃森-克里克鹼基配對允許第三股鏈纏繞雙股聯體，雙股聯體以沃森-克里克模式組裝，形成三股螺旋，如(poly(dA)•2poly(dT))和(poly(rG)•2poly(rC))。它也可以在轉運核糖核酸的三維結構中被看到。

四聯體結構

胡斯坦鹼基對還允許至少在體外形成單鏈DNA和富含RNA G的二級結構，稱為G-四聯體（G4-DNA和G4-RNA）。它需要G的四個三元組，由短間隔分開。這允許組裝平面四聯體，其由胡斯坦結合的鳥嘌呤分子的堆疊結合組成^[5]。

三螺旋鹼基配對

沃森-克里克鹼基對用「•」，「 - 」或「。」表示。（例如：A•T或poly（rC）•2poly（rC））。

胡斯坦三鏈DNA鹼基對用「*」或「：」表示（例如：C•G * C +，T•A * T，C•G * G或T•A * A）。

參閱

參考文獻

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