DNA 雙股維持結合狀態,疏水性才是背後關鍵力量

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轉載從: Tech News 科技新報

DNA 雙股維持結合狀態,疏水性才是背後關鍵力量

我們普遍認為 DNA 靠著「氫鍵」來維持雙股螺旋結構,但一篇新的實驗研究指出,疏水力才是型塑 DNA 雙螺旋結構的關鍵力量。

自 1950 年代首次發現 DNA 以來,這種遺傳物質的雙螺旋結構便一戰成名,成為 20 世紀最重要的科學發現之一。

DNA 是一種長鏈聚合物,組成單位為核苷酸,而醣類與磷酸藉由酯鍵相連組成 DNA 的兩條長鏈骨架;長鏈之間的鹼基則靠著氫鍵(分子間作用力的一種,是一種永久偶極之間的作用力)相互吸引,方使雙螺旋形態得以維持;當需要讀取、複製或修復基因時,DNA 分子會藉由酶的作用打開氫鍵。

過去認為,氫鍵是鎖定 DNA 兩條長鏈的關鍵,然而現在,瑞典查爾摩斯工學院團隊一項新實驗證據顯示,DNA 雙螺旋結構的秘密其實在於水,由於細胞希望保護其 DNA,所以 DNA 兩股間的鹼基為疏水性,當處於由水組成的環境中時,它們會聚在一起以最大程度減少和水接觸,這種疏水性引力就是 DNA 維持雙螺旋結構的關鍵。

然而,DNA 也需要重新打開才能進行複製、修復行為,此時受損區域就會面臨對 DNA 而言有害的親水環境中。因此細胞會催生其他蛋白保護 DNA,這可能也是抵抗許多疾病的關鍵。

已知在人類細胞中,Rad51 蛋白可修復 DNA 和突變的 DNA 序列,否則可能導致癌症;細菌也能使用一種稱為 RecA 的蛋白質來修復它們自己的 DNA,研究人員認為,我們可以透過了解 DNA 疏水力與蛋白質交互作用的關聯,從中找到阻止、殺死細菌的方法。

當然,這項研究並不是說氫鍵毫無用處,而是疏水力的力量大於氫鍵,並且 DNA 雙螺旋結構的疏水效應模型至少可追溯到 1990 年代,時至今日相關研究早已不勝枚舉,2004 年時,一篇研究發現氫鍵對維持鹼基對的穩定並沒有絕對必要性;2017 年時,還有一項研究表明就算缺乏互補的氫鍵,也不會真正影響到細胞功能,甚至合成鹼基只要透過疏水力就能成功轉錄和翻譯。

新論文發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)。

(首圖來源:pixabay

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