七十年代是分子生物学领域中屡次发现没有预想到的事件的年代。例如，DNA特定部位内切限制酶的发现：推翻DNA→RNA→蛋白质这个“中心法则”的把RNA作为铸型而合成DNA的转换酶的发现；……而在这个年代的最后一年则是左旋DNA的发现。

打破常识的左螺旋的发现

DNA是由腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）等四种碱基和糖、磷酸构成的。糖和磷酸结合而成两条长的骨架，每一个糖上面的碱基一一配对。通常，这样的链是双股的。

双方相结合的碱基，通过氧的结合而构成腺嘌呤-胸腺嘧啶、鸟嘌呤-胞嘧啶的碱基对。通过碱基把两股联结起来的细长的DNA分子所采取的立体结构，就是1953年J. Watson和F. Crick所发表的著名的双螺旋结构模型。

过去，我们把这种右旋的双螺旋结构称为B-DNA结构，相信它是生命体内DNA的唯一形式。但是，1979年12月13日杂志上发表的美国麻省理工学院和荷兰拉依登大学小组的研究成果：证明了“Z-DNA”结构的存在，它是与B-DNA结构完全不同的另一种构型。

—般曾设想仅由鸟嘌呤- 胞嘧啶的碱基对构成的DNA在高盐度和低盐度的溶液中用圆偏振光二色性（CD）测定类型是不同的，所以，它是与B-DNA不同的立体结构。

A. Rich教授采用拉伊登大学中化学合成的鸟嘌呤和胞嘧啶6对交叉并排的一段链DMA的片段，把这种分子两个成对形成的短的链DNA结晶化，用X线衍射法研究它的立体构造。

结果是惊人的，它是左旋螺旋Z-DNA（见本刊第五页图5）。用线把两股链骨架中的磷酸基联合起来，因为Z-DNA是左旋锯齿形，所以命名为Z-DNA。

从非旋型到新旋型的鸟嘌呤

B-DNA是一个整齐的螺旋，结构，而Z-DNA却是圆柱形的。在B-DNA中，于第十个碱基对的地方是构成一圈螺旋阶梯，但在Z-DNA中，螺旋圈里包含十二个碱基对。

Z-DNA的一个螺旋，即十二个碱基对的长度为44.6埃（一埃等于一亿分之一厘米），如果是B-DNA，这个长度中有十三个碱基对。因此，Z-DNA比B-DNA更细，成为细长的结构。B-DNA的直径是20埃，Z-DNA为18埃。

其次，据模式图可知B-DNA螺旋结构的周围是由糖和磷酸组成的双螺旋骨架，大的沟和小的沟交替出现。相反，Z-DNA在相当于B-DNA的大沟的地方没有沟，在小沟的地方是较深的一种沟。

Z-DNA的沟跟B-DNA的情况不同，它深入至螺旋中心的最深处。这是因为螺旋地重复的碱基对，在Z-DNA中卷起螺旋外部和氧相结合而并排着。

再次，值得注意的是，在Z-DNA中，鸟嘌呤包含氮素的五角形环在螺旋结构外面露出的。因此，鸟嘌呤的一部分，即特定的氮原子和碳原子是在螺旋结构外边露出的。

从上面往下看螺旋，就可知道这种结构在B-DNA中，碱基在螺旋结构的中心集结，而在Z-DNA中则是在周围部分并列，鸟嘌呤的五角形是暴露在外面的。

那么，为什么这种Z-DNA结构是可能的呢？那是由于在Z-DNA中，胞嘧啶和糖的位置关系与在B-DNA内时是相同的非旋型，而鸟嘌呤，碱基与糖的位置关系变为与非旋型方向相反的新型结构，结合磷酸基而成的骨架线，在模式图里是锯齿形的。

在B-DNA内一部分怎样会变为Z-DNA呢？A. Rich教授等研究了下列模型。

B-DNA的碱基对是部分解开的，非旋型的鸟嘌呤是旋转180°而成的新旋型。另一方面，由于胞嘧啶与糖的部分合成一体而旋转，翻转的鸟嘌呤再与氧结合而形成碱基。在这种情况下，胞嘧啶依然是非旋型。这样，由于构成碱基对，由糖 - 磷酸组成的骨架呈锯齿状。

通过这种碱基对的逆转，在B-DNA中一部分变成Z-DNA结构，在与B-DNA的临界部分，重迭合成的碱基对的距离是不均匀的。结果，可以猜测DNA在这部分是弯弯曲曲的结构。

天然的DNA也发生变化

在天然的DNA分子中，是否转变为Z-DNA结构呢？事实上已有若干例子。DNA的一部分鸟嘌呤发生化学变化，把DNA放在高浓度盐溶液中在圆偏振光二色性（CD）中可见到这种变化。

这个变化同具有鸟嘌呤-胞嘧啶重复配对的合成DNA中见到的CD变化是相同的。这就证明了B-DNA的一部分变成Z-DNA结构。

Z-DNA结构是否限于在鸟嘌呤 - 胞嘧啶的重复配对中产生的，这个问题目前尚不清楚。而且，RNA中是否也有Z-DNA结构也不甚了解。

那么，Z-DNA结构在生物学上起了什么作用呢？首先，我们来研究可以说是生命活动的基础的DNA与蛋白质的相互作用。同B-DNA相比，Z-DNA中夹住小沟的磷酸间隙是狭的。由于磷酸基具有负电荷，所以相互距离一接近，排斥力就大。

因此，为了使这种结构趋于稳定，为此使正电荷更接近。Z-DNA结构需要高的阳离子浓度在周围。DNA中结合的蛋白质更多地含有碱基氨基酸。这就是说，正电荷多，这些碱基蛋白质在B-DNA中会发生作用，它的一部分变成Z-DNA，在生物学上可能起了特别的作用。

这样，首先必须注意，根据变成Z-DNA的，现实上具有鸟嘌呤-胞嘧啶重复配列的DNA. 例如，根据对啮齿类动物所感染的四种病毒的DNA碱基配对的分析，可以知道在一部分中十个鸟嘌呤 - 胞嘧啶重复配列而成的共同结构，是两个相邻存在的。这可以看作DNA复制的起始点的重要部分。

沙门氏菌的组氨酸基因中有一个非常容易发生突变的地方，这里可以看见8组交替的鸟嘌呤 - 胞嘧啶。今后随着各种各样遗传基因BNA的碱基配对被决定，可以期待这种例子更多地被弄清楚。

露出部分是致癌目标

上面讲过，Z-DNA中是鸟嘌呤的一部分碳和氮原子在螺旋结构的表面暴露出来，说明这在研究致癌机制方面具有重要意义。已知的致癌物质有：N-醋酸-N-2-乙酰氨基芴、亚硝胺类、氮芥类、硝基脲类和黄曲霉毒素类等，都在Z-DNA结构的螺旋外部构成的碳和氮原子中引起化学变化。这个事实说明这些致癌物质在生物内“攻击”DNA时，Z-DNA露出部分成为目标的可能性加强了。

—般认为，不仅在致癌机制方面，而且在分化机构有关的反应方面都与Z-DNA密切有关。对致癌和分化机构的解释目前还有阻力，通过具有左旋特异结构的Z-DNA的研究，也许是分子生物学的一个重大突破口。

〔科学朝日1980.3〕