獨特的三螺旋DNA

兩條相互纏繞的長鏈

我們長成什麼樣子，是由體內的基因決定的，而基因位於細胞內的DNA（即脫氧核糖核酸長鏈）上。

DNA的雙螺旋結構像兩條鐵鏈組成的雲梯扭曲成螺旋狀，盤旋而上。這個結構是1953年英國生物學家克里克等人提出來的，他們當時提出這種結構，也是思索了很長時間。

當時人們根據實驗，已經知道生物的遺傳是靠一種大分子進行的，組成這種大分子的成分有4種「磚塊」——核苷酸，4種核苷酸由磷酸和脫氧核糖組成，不同之處在於它們連接的鹼基不同：鳥嘌呤、腺嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶。還有，當時的科學家用X射線照射，得到了不很清晰的DNA晶體圖像。

DNA晶體的圖像雖然不是很清晰，但是可以看出是一種螺旋的結構，至於到底是雙螺旋，還是三螺旋，還是四螺旋，一時還無法確定。

開始克里克等人設計的DNA分子是一種三螺旋結構：磷酸被包在裡面，鹼基裸露在外面。但是經過分析，這種結構無法在細胞液中存在，因為磷酸是最親水的，根據物質溶解的特性，最親水的部分應該是在最外面，例如磷脂組成的細胞膜就是親水的磷酸在最外面的。因此，對於DNA分子來說，如果是以螺旋結構存在，就應該是磷酸在最外面。

於是克里克等人重新考慮DNA各「磚塊」之間的關係，設計出了磷酸與脫氧核糖連接形成的長鏈，作為螺旋外面的鏈條，鏈與鏈之間靠各個鹼基之間的氫鍵連接，這樣剛好兩種嘌呤鹼基各自與兩種嘧啶鹼基配對咬合在一起，不容許第三條鏈的鹼基插進來。於是，克里克等人得出DNA應該是兩條鏈組成的螺旋結構。DNA的雙螺旋結構就是這麼來的。以後的觀測和數據都驗證了DNA的這種結構是正確的。

DNA靠「磚塊」之間的氫鍵連接以兩條鏈的形式存在，我們現在可以理解，但令人不解的是，它為什麼要形成螺旋的形狀呢？這個問題可說是問到了微觀粒子的本質！

其實不只是DNA分子是螺旋結構，幾乎所有的生物大分子都是以螺旋的形式存在，例如蛋白質、澱粉、纖維素等。據科學家對微觀粒子的行為的分析，微觀粒子在不受外力影響時，除了會不停地「自轉」，還會繞著某個軸線、以一定的速度和旋轉半徑不停地「公轉」。粒子本身朝某個方向還有一定的直線運動，自然就形成了一種螺旋式的運動。考慮到每個核苷酸分子也是微觀粒子，它們都是以螺旋式運動的，那麼，由這些成對結合的核苷酸分子所組成的DNA大分子，就必然具有雙螺旋的結構了。

第三條鏈插了進來

那麼DNA的雙螺旋結構就是DNA不變的形象了嗎？未必。

1957年就有人提出過，RNA（核糖核酸）可以形成一種三螺旋結構。但這種三螺旋結構並不是上述克里克等人初步設計的那樣。這種三螺旋也是以磷酸骨架作為外部的鏈條，只是三個鏈條咬合在了一起。

由於當時DNA的雙螺旋結構已經能夠完美地解釋各種生物學現象，而且最主要的，當時自然界發現的DNA或RNA中還沒有以這種三螺旋存在的。因此RNA三螺旋結構的提法也就沒有人理睬了。

三十年後的一天，生物學家發現，線粒體DNA在微酸性液體中竟然真的可以形成一種三螺旋結構：原本的雙螺旋鏈又繞上了一條鏈！這三條鏈相互間隔還很均勻，就好像３條鐵鏈連成的梯子一樣盤旋而上！這個發現就像在生物學領域投了一顆手榴彈，引起了不小的轟動，很多科學家投入到了對三螺旋DNA的研究，他們認為，DNA既然在細胞中會出現三鏈螺旋，肯定大有玄機。

三條鏈如何「和平相處」

經過實驗研究，科學家發現，能夠形成三鏈的DNA，其三條鏈的組成非常有特點，這個特點稍後介紹，先說說組成DNA的鹼基。我們知道，組成DNA的鹼基有4種：腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T），A只能與T配對，G只能與C配對，由此組成DNA雙鏈螺旋。一般情況下，每條鏈上4種鹼基是混合在一起的，假如把所有的嘌呤都染成紅色，把所有的嘧啶都染成綠色，那麼一般的雙鏈DNA，它的每條鏈上就會紅的綠的都有。

而組成DNA三鏈螺旋的每條鏈獨特之處在於，中間一條鏈全部都是嘌呤組成，假如染色後，整條鏈會清一色的紅，沒有一點綠色。兩側的鏈，其中有一條鏈全部由嘧啶組成，一條鏈清一色的綠，沒有一點紅色。還有一條鏈有兩種情況，在酸性環境中，它可以是與那條嘧啶鏈組成完全一樣的綠色鏈，非酸性環境中，也可以是與那條嘌呤鏈組成完全一樣的紅色鏈。也就是說，組成三鏈DNA的每條鏈，不僅要求全部由同類鹼基組成，還要求有兩條鏈的鹼基組成完全一樣。

由此可見，三鏈DNA螺旋出現的機會比較小，所以DNA的三螺旋結構難以在自然界被觀測到。不過，科學家可以輕易拼接，在實驗室里製造出這種特點的DNA三螺旋。而在生物體內，這種三螺旋結構只是出現在DNA的局部部位，比如說DNA的摺疊部位。

「狗皮膏藥」能治病

雙螺旋結構存在已經可以完成生物體遺傳和變異的任務了，為什麼還會出現三螺旋結構呢？

三螺旋DNA的第三條鏈的來源有兩種情況，一種是來自分子內，就是雙鏈DNA分子摺疊過來時，有4條鏈擠在一起，當鹼基的組成符合條件時，其中的3條鏈就很容易抱在一起，形成三螺旋結構。這種三螺旋結構比較牢固，就像給DNA的摺疊部位夾了一個夾子，讓DNA穩定地摺疊起來。

另一種可能是，外來的一段鹼基序列與DNA的某個部位緊緊纏繞在一起，這種情況並不是出現在DNA的摺疊部位，這種三螺旋結構的作用不可小覷。雙螺旋結構的DNA是正常的，三螺旋結構是無法正常複製的，哪個部位出現三螺旋，那個部位的基因就無法被複制和遺傳下去了。由此可見，DNA內局部的三螺旋結構起到了掩蓋基因，以防其起作用的功能。

這個掩蓋基因的功能讓科學家很興奮，也許這意味著許多致病的基因可以通過給它貼上一塊第三條鏈的「狗皮膏藥」，就可以防止它發作了。

三螺旋DNA的研究起步較晚，相信以後有關它的研究，將為我們展現這種獨特結構的更多有趣之處。

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