DNA結構的多態性
Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結構屬于B型雙螺旋，它是以在生理鹽溶液中抽出的DNA纖維在92%相對濕度下進行X－射線衍射圖譜為依據進行推測的，這是DNA分子在水性環境和生理條件下最穩定的結構。然而以后的研究表明DNA的結構是動態的。在以鉀或絕作反離子，相對濕度為75%時，DNA分子的X－射線衍射圖給出的是A構象，A－DNA每螺旋含11個堿基對，而且變成A－DNA后，大溝變窄、變深，小溝變寬、變淺。由于大溝、小溝是DNA行使功能時蛋白質的識別位點，所以由B－DNA變為A－DNA后，蛋白質對DNA分子的識別也發生了相應變化。
一般說來，A－T豐富的DNA片段常呈B－DNA。采用乙醇沉淀法純化DNA時，整個過程中，大部分DNA由B－DNA經過C－DNA，最終變構為A－DNA。若DNA雙鏈中一條鏈被相應的RNA鏈所替換，會變構成A－DNA。當DNA處于轉錄狀態時，DNA模板鏈與由它轉錄所得的RNA鏈間形成的雙鏈就是A－DNA。由此可見A－DNA構象對基因表達有重要意義。此外，B－DNA雙鏈都被RNA鏈所取代而得到由兩條RNA鏈組成的雙螺旋結構也是A－DNA。除A－DNA、B－DNA螺旋外，還存在B′－DNA、C－DNA、D－DNA等，其結構參數見表15－4。
表15-4 不同右手雙螺旋DNA的結構參數
| 雙螺旋 | 堿基傾 | 堿基夾 | 堿基間距 | 螺距 | 每輪堿 | 小溝寬／nm× | 大溝寬nm× |
| 角／（°） | 角（°） | /nm | ／nm | 基數 | 小溝寬nm | 大溝寬nm | |
| B-DNA | 0 | 36.0 | 0.337 | 3.4 | 10 | 0.57×0.75 | 1.17×0.85 |
| C-DNA | 6 | 38.0 | 0.331 | 3.1 | 9.3 | 0.48×0.79 | 1.05×0.75 |
| D-DNA | 45.0 | 0.303 | 0.13×0.67 | 0.89×0.58 | |||
| A-DAN | 20 | 32.7 | 0.256 | 2.8 | 11 | 1.10×0.28 | 0.27×1.35 |
總之，DNA的雙螺旋結構永遠處于動態平衡中，DNA分子構象的變化與糖基和堿基之間空間相對位置有關。
1979年，Wang和Rich等人在研究人工合成的CGCGCG單晶的X-射線衍射圖譜時出人意料地發現這種六聚體的構象與上面講到的完全不同。它是左手雙螺旋，與右手螺旋的不同是螺距延長(4.5nm左右)，直徑變窄(1.8nm)，每個螺旋含12個堿基對，分子長鏈中磷原子不是平滑延伸而是鋸齒形排列，有如“之”字形一樣，因此叫它Z構象(英文字Zigzag的第一個字母)。還有，這一構象中的重復單位是二核苷酸而不是單核苷酸；而且Z-DNA只有一個螺旋溝，它相當于B構象中的小溝，它狹而深，大溝則不復存在(圖15-7)。進一步的分析還證明，Z－DNA的形成是DNA單鏈上出現嘌呤與嘧啶交替排列所成的。比如CGCGCGCG或者CACACACA。
Z－DNA有什么生物學意義呢?應當指出Z－DNA的形成通常在熱力學上是不利的。因為Z－DNA中帶負電荷的磷酸根距離太近了，這會產生靜電排斥。但是，DNA鏈的局部不穩定區的存在就成為潛在的解鏈位點。DNA解螺旋卻是DNA復制和轉錄等過程中必要的環節，因此認為這一結構與基因調節有關。比如SV40增強子區中就有此結構，又如鼠類微小病毒DNS復制區起始點附近有GC交替排列序列。此外，DNA螺旋上溝的特征在其信息表達過程中起關鍵作用。調控蛋白都是通過其分子上特定的氨基酸側鏈與DNA雙螺旋溝中的堿基對一側的氫原子供體或受體相互作用，形成氫鍵從而識別DNA上的遺傳信息的。大溝所帶的遺傳信息比小溝多。溝的寬窄和深淺也直接影響到調控蛋白質對DNA信息的識別。Z-DNA中大溝消失，小溝狹而深，使調控蛋白識別方式也發生變化。這些都暗示Z-DNA的存在不僅僅是由于DNA中出現嘌呤一啶嘧交替排列之結果，也一定是在漫漫的進化長河中對DNA序列與結構不斷調整與篩選的結果，有其內在而深刻的含意，只是人們還未充分認識而已。
DNA構象的可變性，或者說DNA二級結構的多態性的發現拓寬了人們的視野。原來，生物體中最為穩定的遺傳物質也可以采用不同的姿態來實現其豐富多采的生物學功能。
多年來，DNA結構的研究手段主要是X射線衍射技術，其結果是通過間接觀測多個DNA分子有關結構參數的平均值而獲得的。同時，這項技術的樣品分析條件使被測DNA分子與天然狀態相差甚遠。因此，在反映DNA結構真實性方面這種方法存在著缺陷。1989年，應用掃描隧道顯微鏡(scanning tummeling microscopy,STM)研究DNA結構克服了上述技術的缺陷。這種先進的顯微技術，不僅可將被測物放大500萬倍，且能直接觀測接近天然條件下單個DNA分子的結構細節。STM技術的應用是DNA結構研究中的重要進展，可望在探索DNA結構的某些未知點上展示巨大潛力。
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