Watson和Crick提出B-DNA是右旋双螺旋以来的二十七年中，有规则的DNA结构只在碱基的化学顺序上有变化的概念，已成为分子生物学的基础之一。虽然DNA纤丝的衍射资料表明至少存在三种类型，从而验证了糖 - 磷酸骨架的柔韧性，但溶液中的结构总被认为是一种有规则的B型。偶而也有人指出，有些DNA、特别是含有不常见的碱基顺序的DNA可能采取截然不同的构型，但从未取得确凿证据。

最近，这种情况起了急剧变化。现在有二个明显的例子，两者都是带有简单的交替顺序的脱氧聚合物：在溶液中，它们骨架的构型也是交替的，这已有了有力的证据。在poly(dA-dT)· poly(dA-dT)的情况下，目前的模型仍是右旋双螺旋，类似于一般类型的B-DNA. 可是另一方面，Wang等根据对六核苷酸d(C-G)₃晶体结构的解释，提出poly(dG-dC)· poly(dG-dC)是明显的左旋结构。在这种晶体里，两个分子通过Watson-Criok碱基配对结合形成内部明显有规则的双螺旋片段。另外，相邻片段的顶端相互衔接形成接近无限长的反向平行双股螺旋，螺旋每转一圈为12个碱基对。这种结构已被称为“Z-DNA”。

在这种新的Z螺旋中，鸟嘌呤脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸的构型彼此有相当大的差别，所以重复单位成为一个双核苷酸，这一点不同于B-DNA螺旋，它的重复单位是单核苷酸。碱基相对于糖的扭转角各不相同。胞嘧啶相对于它的脱氧核糖取的是反式构型，同在B-DNA中一样；鸟嘌呤取的则是顺式构型。两种脱氧核糖环的折迭也不同，C3'环内桥接二个内部的脱氧鸟苷，C2'环内桥接脱氧胞苷。最后，C4'-C5'键附近骨架的构型，对于dG残基是左顺一左反，对于dC则是左顺一左顺。嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸构型之间这些差别的净结果是使脱氧核糖磷酸骨架产生一种交错的锯齿形构型，故而称为“Z-DNA”。

这些单一晶体的结果有力地暗示这种六核苷酸结构，可以脱氧核苷酸聚合物的形式存在。其实，Arnott等现已观察到poly(dG-dC)· poly(dG-dC)；根据对纤丝所作的X射线分析，他们认为这是Z型。这种纤丝图式的螺旋参数明显地对应于晶体的螺旋参数。前者的一个螺距是43.5?，有十二个碱基对，同根据晶体所作的预测数44.6?相差无几。纤丝也为双核苷酸重复单位提供证据。

Arnott等已观察到最初出现B型衍射图式的纤丝，——后来产生了Z型图式。这意味着在纤丝的一个相对有限的空间里，分子能经受螺旋扭转方向的改变，而不大大改变双螺旋的方向，也不引起纠结缠绕。Wang等指出，Z型和B型之间的转化将涉及碱基对的分离，鸟嘌呤碱基的一个大旋转伴同整个脱氧胞嘧啶核苷的旋转，随之是碱基对的重新接合。他们注意到Z-DNA和B-DNA间的连接会有堆积的不连续性，结果在分子里产生纽结。

有证据表明Z-DNA构型不限于poly(dG-dC)· poly(dG-dC)，Arnott等报道，在poly(dG-dT)· poly(dA-dC)纤丝中观察到了这种类型。他们也解释了Saenger等的X线衍射结果，根据有14个碱基对、螺距为54?的改变了的Z螺旋，以解释脱氧腺苷和4-巯基胸腺核苷的交替共聚物。

人们知道poly(dG-dC)· poly(dG-dC)的异常行为已有一段时间了。Pohl和Jovin首次观察到溶液中的poly(dG-dC)· poly(dG-dC)有两种不同的类型，在高盐浓度下它们之间出现协同转变。高盐类型的环状二色性谱接近于低盐类型的倒转，后一类型又类似于B-DNA。这提示转变到高盐类型时涉及碱基的重新排列。Wang等认为，他们发现的Z型相当于高盐类型，即使d(C-G)₃在相对低的盐浓度下结成晶体。这一解释同Patel等以前所做的(dG-dC)₃的核磁共振研究结果符合一致。Patel等清楚地验证了高盐结构中的重复单位是双核苷酸，而且两个磷酯连结间的明显差别（即dCpG和dGpC）在高盐³¹P核磁共振谱上产生两个峰。两种类型的糖氢共振中的差别也导致一种预测：在从低盐类型向高盐类型转变期间，鸟嘌呤核苷或胞嘧啶核糖苷扭转角度有很大改变。

这些结果怎么同现在提出的poly(dA-dT)· poly(dA-dT)的“交替式B-DNA”模型联系起来？这个模型是以四核苷酸d(A-T)₂的晶体结构为基础，它也有不同的核苷酸构型，带有在C2'环内挢接构型中的胸腺嘧啶糖，而脱氧腺嘌呤核苷则是C3'环内桥接；此外，O-P扭转角对于dA(3'5')dT片段是左顺-左顺，dT(3'5')dA则是左顺-左反。Klug等用这一结果，作为含有嘌呤和嘧啶交替的多核苷酸顺序的假设性“交替式B-DNA”结构的依据。虽然它具有一条交替的骨架，这种结构还是非常接近于B-DNA，而完全不同于Z-DNA。145个碱基对长的poly(dA-dT)· poly(dA-dT)片段的核磁共振分析，支持带有双核苷酸重复的交替骨架构型这一概念，因为³¹P共振显示了小小的裂口。X射线结合核磁共振研究poly(dA-dT)· poly(dA-dT)纤丝，算出的核磁共振同Klug等的“交替式B-DNA”模型符合一致。因为预料poly(dG-dC)· poly(dG-dC)也会出现“交替式B-DNA”结构，所以这种聚合物的低盐类型的³¹p共振不出现裂口是出人意料的。

我们应该指出，已经提出的有关不规则顺序的左旋DNA或并排DNA（side-by-side DNA）的各种模型完全不同于Z-DNA，也不同于交替式的B-DNA结构，两者的结构看来是对于有规则的嘌呤-嘧啶交替顺序一种反应。

在活体内的DNA中能找到左旋Z型吗？活体内有一段段交替的GC顺序（甚至可能有其他种类的交替的嘌呤-嘧啶顺序），存在着形成这种结构的潜在可能性。可是，从B型到Z型的转变发生在2.5 M NaCl或0.7 M MgCl₂这种不合乎生理状态的盐浓度中，除非在喜盐生物中否则不大可能造成Z型；虽然如此，复杂的离子如多胺或特殊的结合蛋白质可能有利于转变。令人感兴趣的是在每股DNA链上出现互补闭环单链DNA分子的结合的长度，可占DNA长度的70%，拓扑学的理由和观察到的环状二色性变化提示了这种DNA的某些片段是左旋的，但这些片段的长度、规律性和构型都还一无所知。如果体内DNA中确实出现了左旋螺旋区，通过同DNA专一性的酶和结合蛋白质的相互作用，它们也许有重要的生物学效应。在超螺旋DNA中存在Z构型，也将影响到对超螺旋的解释。Gellert和Mizuuchi已提出，超螺旋DNA中贮存的能量可使合适的交替顺序甚至在生理盐浓度下一下子变成Z型。根据日益可靠的详细的结构资料，可以设计一些实验来验证这些可能性。

（Nature 283卷，1980年1月）