【驚天大發現】課本又要改了!DNA不僅有雙螺旋結構!

2021-02-25 聖德瑞安精準醫學

聖德瑞安

將晦澀的健康知識簡單地說給你聽 ( ˘ ³˘)♥

近日，來自澳大利亞加文醫學研究所的科學家首次在人體活細胞內確認了一種新的 DNA 結構：i-motif。

如果被問起DNA的長啥樣？

或許很多人腦子裡蹦出來的就是下方這個圖。

DNA雙螺旋結構

這一具有跨時代意義的重大發現，是在1953年由兩位年輕的科學家沃森（Watson）、克裡克（Crick）提出的。

他們通過羅莎林德·富蘭克林在1951年11月拍攝的一張十分漂亮的DNA晶體X射線衍射照片獲得靈感，確定了DNA是螺旋結構，並結合富蘭克琳和威爾金斯的判斷，並加以補充：磷酸根在螺旋的外側構成兩條多核苷酸鏈的骨架，方向相反；鹼基在螺旋內側，兩兩對應。

最終，在辦公室裡用鐵皮和鐵絲搭建了第一個DNA雙螺旋結構模型。

生物化學家林登·格萊德希爾通過顯微鏡上的相機

在高達10000倍的放大倍數下拍攝到的DNA晶體照片

時隔雙螺旋結構被發現65年，2018年4月23日，來自澳大利亞加文醫學研究所的科學家首次在人體活細胞內確認了一種新的 DNA 結構：i-motif。

i-motif結構模擬圖

其實，這一結構並非第一被發現，早在1990年就有人發現了這種結構。但起初科學家認為這種結構不可能存在於活體細胞內。原因是這一結構產生要求強酸環境，合成條件極其苛刻，被認為在生理條件下不可能存在。

但隨著基因組測序的完成，科學家發現人體內有很多富G或者富C的序列有機會形成這種四連「結」的結構，通過基因編輯以及各種分子生物學的方法，人們推測這種結構在人體內是存在的，而且有著不小的作用。

終於，澳洲Christ科學團隊，證實了 i-motif 天然存在於人類細胞中。在活細胞中的i-motif結構閃耀著綠光，一位研究人員如是說：「我們可以看到綠色光點（i-motif）隨著時間的推移，出現又消失，這讓我們知道它們正在形成，消失，再形成。」

i-motif結構模擬圖

目前來看，i-motif 通常形成在細胞生命周期的晚期，即 DNA 被積極「讀取」時。i-motif 也傾向於出現細胞「啟動子區域」，該 DNA 區域控制基因的開啟及關閉。同時，i-motif 還傾向於出現在端粒中，而端粒則與衰老息息相關。

科學家們猜測，i-motif 似乎有助於開啟或關閉基因，並與基因是否被主動讀取有關。而 i-motif 的形成又消失的特性，似乎也解釋了為何它們此前難以在細胞中被檢測到。

其實，DNA的特殊結構不止有i-motif結構，通常說的DNA雙螺旋結構，其實是經典B型DNA，除此以外，就雙螺旋結構還有A/Z型右/左旋DNA, 他們都是雙螺旋型的。

A型DNA也是由反向的兩條多核苷酸鏈組成的雙螺旋，為右手螺旋，但螺旋體較寬而短，鹼基與中心軸之傾角也不同，呈19度。

Z-DNA又稱Z型DNA，是DNA雙螺旋結構的一種形式，具有左旋型態的雙股螺旋（與常見的B-DNA相反），並呈現鋸齒形狀。

從左到右依次為B,A,Z型DNA

小白的腹誹：有沒有一種看到萬花筒的趕腳？

除了雙螺旋，還存在三螺旋結構與十字形結構。

三螺旋結構：質粒作為微生物中存在特殊DNA形式，其在閉環狀態下會形成超螺旋結構，其中就會存在H型DNA,在一條互補的B型雙螺旋的基礎上，第三鏈依然以互補的形式，依靠Hoogsteen型氫鍵，結合到原有雙螺旋的嘌呤上，以T•A•T 或者C•G•C+三飛的形式形成三螺旋。

十字形DNA廣泛存在我們體內，但它只是一種中間形態，是在DNA複製開始時形成的短暫形態,作為與轉錄因子作用的部位。著名抑癌基因p53就能結合到十字形DNA。

隨著新 DNA 結構的發現，通往一個全新生命科學時代的道路也隨之開啟，後續更多的科學家將致力於這些DNA結構的功能相關研究上，與常規形狀的DNA相比，特殊結構的DNA數較少，靶向DNA的藥物可能更具體地結合，其對健康和疾病的影響所展開的研究工作奠定基礎。

聲明

本文為原創內容，聖德瑞安對文中觀點保持中立，內容僅供學習參考。文中圖片來源於網絡，版權歸屬於原作者。

聯繫地址：上海市靜安區萬航渡路888號30樓

聯繫郵箱：info@sdragene.com

聯繫方式：021-61823288

相關焦點

  • 科學大發現 DNA不只雙螺旋
    DNA雙螺旋結構是初中生都知道的生物知識，但科學界這次發現了全新的結構，並發表在《自然化學》雜誌上。DNA雙螺旋結構的發現證實了我們的遺傳密碼是以更複雜的對稱性製造的，這些分子變體的形式影響我們的生物學功能。「大多數人想到DNA時，首先想到的是雙螺旋，這項新研究提醒我們，存在完全不同的DNA結構，對我們的細胞很重要。」
  • DNA雙螺旋結構的發現
    DNA雙螺旋結構的闡明，是上世紀最重大的自然科學成果之一。沃森和克裡克雙螺旋模型的建立，揭開了現代分子生物學的序幕。這一重大發現的誕生，是曲折複雜的。正如沃森所說「科學很少像外行想像的那樣，完全按合乎邏輯的方式進行」。1868年，24歲的瑞士醫生米歇爾首先發現核酸，但因為不同生物的核酸性質過於接近，無法解釋生物遺傳的多樣性而與遺傳物質的發現失之交臂。
  • DNA雙螺旋結構的陰暗面
    在學術史上，同行評審造成的不公正現象的確時有發生，有些被揭露了，有些則不為人知。關於二十世紀最大發現的疑問沃森與克裡克發現了DNA的雙螺旋結構，這算得上是二十世紀最偉大的發現了。但他們發現這個秘密的過程著實耐人尋味。我們不妨分析一下這個現成的案例。
  • 科學網—DNA雙螺旋結構的發現
    說到20世紀最偉大的3個科學發現，非相對論、量子力學和DNA雙螺旋結構莫屬。
  • DNA雙螺旋結構發現50周年
    DNA雙螺旋結構發現50周年2003年09月23日16:17　　京報網-北京晚報 頁面功能  【我來說兩句】【我要「
  • DNA的雙螺旋結構
    Crick, 1916—2004 )提出的DNA雙螺旋結構模型的主要內容如下。在DNA分子中，兩條DNA單鏈圍繞一個假想的共同軸心形成右手雙螺旋結構，雙螺旋的螺距為3.4nm,百徑為2.0nm；雙螺旋的外側是DNA鏈的骨架(backbone)，由交替出現的、親水的脫氧核糖和磷酸構成；鹼基位於雙螺旋的內側，兩條單鏈中的嘌呤和嘧啶以疏水的、近於平面的環形結構彼此接近，平面與雙螺旋的長軸相垂直；一股鏈中的嘌呤鹼基與另一股鏈中位於同一平面的嘧啶鹼基之間以氫鍵相連，稱為鹼基互補配對或鹼基配對
  • DNA雙螺旋結構背後的悽美故事
    DNA雙螺旋結構的發現———劃時代的佳話20世紀人類最偉大的成果，莫過於遺傳學中DNA雙螺旋結構的發現。一個劃時代的發現，必定伴隨著一段傳奇的佳話：兩個個卓越的研究組，第一個實驗室是倫敦國王學院的威爾金斯實驗室，他們用X射線衍射法研究DNA的晶體結構。
  • DNA雙螺旋結構發現史
    1953年4月25日，《自然》雜誌發表了一篇由沃森及克裡克合著的論文，這篇具有裡程碑意義的論文介紹了DNA的雙螺旋結構。現在看上去好像很簡單的一篇文章，在當時卻像一隻金手指，捅開了那層迷糊了科學界幾十年的窗戶紙，向人們描繪了DNA大體是什麼樣和怎麼工作的，揭示了生命繁衍的秘密。
  • 羅莎琳德·富蘭克林與DNA雙螺旋結構
    DNA雙螺旋結構的故事，更進一步，有人還可能知道他們與莫裡斯·威爾金斯因此分享了1962年的諾貝爾生理學或醫學獎。然而，有多少人記得羅莎琳德·富蘭克林，以及她在這一歷史性的發現中做出的貢獻？ 1953年，沃森和克裡克在英國《自然》雜誌上發表了題目為《脫氧核糖核酸的結構》的論文。這一發現成為了生物學發展的一座裡程碑，是分子生物學時代的開端。然而他們的發現在很大程度上是依靠羅莎琳德·富蘭克林拍攝的DNA晶體的X射線衍射照片。當時，富蘭克林與她的合作夥伴威爾金斯也在進行DNA結構的研究。
  • 非雙螺旋!科學家發現新DNA結構
    IT之家4月24日消息 日前，科學家已經確定了人類細胞內新的DNA結構，並將新結構命名為「i-motif」。新的DNA結構類似於生活中的「結」，已經首次在活體細胞中觀察到。▲DNA雙螺旋結構在許多人的認知當中，DNA是以雙螺旋結構存在於細胞當中的，甚至許多人並不了解這個。對於新的i-motif結構，科學家們並不確定它的功能是什麼，但他們懷疑它涉及「讀取」DNA序列並將其轉化為有用物質的過程。
  • 富蘭克林與DNA雙螺旋結構
    南方網訊 很多人都知道沃森和克裡克發現DNA雙螺旋結構的故事，更進一步，有人還可能知道他們與莫裡斯。威爾金斯因此分享了1962年的諾貝爾生理學或醫學獎。然而，有多少人記得羅莎琳德。富蘭克林，以及她在這一歷史性的發現中做出的貢獻？
  • 英科學界高度評價DNA雙螺旋結構發現者克裡克
    新華網倫敦７月２９日電（記者 曹麗君） ２９日，在得知ｄｎａ雙螺旋結構發現者之一弗朗西斯·克裡克去世的消息後，英國科學家紛紛表示遺憾，說克裡克的離世是「科學界的一大損失」。
  • 我的年度書單:《雙螺旋——發現DNA結構的個人經歷》,只此一本
    現在一口氣讀完一本書的體驗越來越少了，但我無意之中撿起的《雙螺旋：發現DNA結構的個人經歷》（三聯出版社，2001年科學人文系列之一），卻讓我愛不釋手，花了兩晚讀完。詹姆斯沃森和他的夥伴，主要通過模型建構的科學研究方法，攻克了發現DNA雙螺旋結構的難題，二十多歲取得的科學貢獻一舉成名獲得諾貝爾獎。
  • DNA雙螺旋結構的複雜歷史
    或者，更簡單地說，這篇論文首次描述了我們今天所知道的DNA結構。在1953年之前，發現DNA的實際形狀是一群意志堅定的不存在密切關聯的科學家的最高目標，他們的努力最終以Watson和Crick在Nature期刊上發表這篇論文而告終。他們的成功之路簡直就是一段顛簸的旅程，涉及難堪、誤解和一定的藝術才能。圖片來自Zephyris/wikipedia。
  • DNA雙螺旋結構發現前前後後(圖)
    今天，了解DNA雙螺旋結構模型產生的背景、條件，以及對生物學發展產生的積極影響，對我們深刻認識這一重大發現的科學價值，正確把握現代生命科學發展的規律和方向，是大有裨益的。正是基於這一認識，筆者撰寫了這篇短文，權作對DNA雙螺旋結構模型提出50周年的紀念。
  • DNA雙螺旋結構發現者克裡克辭世 享年88歲(圖)
    圖文：DNA雙螺旋鏈結構發現50周年　　DNA分子：20世紀科學界的「蒙娜-麗莎」>　　據法新社洛杉磯7月29日消息，英國人弗蘭西斯·克裡克曾和美國人詹姆士·沃森一道，發現了DNA（膠氧核糖核酸，攜帶遺傳信息）的雙螺旋結構，從而帶來了遺傳學的徹底變革，並催生了無所不在的生物工藝學的全新領域。
  • 雙螺旋升級了:人體首次發現四螺旋DNA
    眾所周知，DNA是生物體發育和正常運作必不可少的大分子，其結構為雙螺旋。但是這一結構有時會加倍。如今，研究人員首次在健康人體細胞中發現了四螺旋DNA結構。此前研究人員曾在一些癌細胞和實驗室的化學實驗中發現四螺旋DNA，這是第一次在健康的人類活體細胞中發現這種結構，而且它是由正常細胞過程產生的穩定結構。「毫無疑問，我們已經證明了四股DNA可以在活細胞中形成。這迫使我們重新思考DNA的生物學特徵。」英國帝國理工學院的Marco Di Antonio說。
  • 科學家發現四鏈螺旋結構DNA
    【英國《新科學家》周刊1月20日報導】題：人類細胞中發現DNA四鏈螺旋結構　　在詹姆斯?沃森和弗朗西斯?克裡克確立了DNA為雙螺旋結構這一理論60年之後，一種四鏈螺旋結構DNA出現了。　　由4條而非兩條DNA鏈盤繞形成的四鏈螺旋結構此前就已在實驗室中獲得，但由於沒有證據表明該結構在大自然中存在，因此其被認為是偶然現象。
  • 科技史上的4月6日 DNA雙螺旋結構被發現
    DNA雙螺旋結構被發現早期的雙翼飛機    1928年4月6日，DNA的雙螺旋結構詹姆斯·杜威·沃森出生。與同僚佛朗西斯·克裡克因為共同發現DNA的雙螺旋結構，而與莫裡斯·威爾金斯獲得諾貝爾生理學或醫學獎。
  • 四人發現DNA雙螺旋結構都有貢獻,最後卻只有三人獲得諾貝爾獎
    上期我們講到艾弗裡等人發現DNA是遺傳物質，那DNA到底長什麼樣呢？今天老師繼續講生物科學史—DNA雙螺旋結構的發現。威爾金斯有一個「桀驁不馴」的助手，說助手也不太恰當，因為這位女性科學家富蘭克林對DNA分子結構研究和威金斯旗鼓相當，思維敏銳的她很快發現威金斯衍射圖譜的缺陷。於是她設計一個了精巧的裝置：「通過電解食鹽水產生氫氣泡來調節樣品池的溼度，來維持DNA分子的靜止狀態。」於是她獲得了成功，拍攝出許多前所未有的高清照片。後來被人們稱為：「最迷人的X射線照片」。