的高级结构

由于DNA是长度非常可观的线性分子，在双螺旋的基础上，还必须经过进一步的盘旋和高度压缩，形成致密的高级结构，才能组装在细胞核内。

（一）DNA超螺旋结构

DNA在双螺旋结构基础上通过扭曲、折叠所形成的特定空间结构称为三级结构，它具有多种形式，其中超螺旋（supercoil）最为常见。两端开放的DNA双螺旋分子在溶液中以能量最低的状态存在，称为松弛态DNA（relaxed DNA）。但如果DNA分子形成环状，或者两端固定，当双螺旋缠绕过度（overwound）或缠绕不足（underwound）时，双螺旋由旋转产生的额外张力就会使DNA分子发生扭曲，以抵消张力，这种扭曲称为超螺旋。缠绕过度会自动形成额外的左手螺旋，称为正超螺旋（positive supercoil）；而缠绕不足会形成额外的右手螺旋，称为负超螺旋（negative supercoil）（图7－17）。生物体内大多数DNA分子都处于负超螺旋结构。

（二）原核生物DNA的环状超螺旋结构

绝大部分原核生物的DNA是环状的双螺旋分子。例如大肠埃希菌的DNA有4 639kb，它在细胞内紧密盘绕形成致密小体，称为类核（nucleoid）。类核结构中80％是DNA，其余是结合的碱性蛋白质和少量RNA。在细菌DNA中，超螺旋结构可以相互独立存在，形成超螺旋区，各区域间的DNA可以有不同程度的超螺旋结构。

（三）真核生物DNA在核内的组装

真核生物的DNA以非常有序的形式组装在细胞核内，在细胞周期的大部分时间里以松散的染色质（chromatin）形式出现；而在细胞分裂期，则形成高度致密的染色体（chromosome）。染色质的基本组成单位是核小体（nucleosome），它是由DNA和5种组蛋白（histone，H）共同构成的。H2A、H2B、H3和H4组蛋白各2分子形成一个八聚体的核心组蛋白，长度约150bp的DNA双链在核心组蛋白八聚体上盘绕1．75圈形成核小体的核心颗粒（core particle）。核心颗粒之间再由DNA双链（约60bp）和H1组蛋白构成的连接区连接起来构成串珠状的核小体链，又称为染色质纤维，在电镜下观察犹如一串念珠（beads on a string）。这是DNA在核内形成致密结构的第一层次折叠，使DNA的长度压缩了6～7倍。

图7－17 DNA超螺旋结构示意图

图7－18 真核生物DNA组装示意图

核小体链进一步盘绕形成外径为30nm、内径为10nm的中空状螺线管（solenoid）。每圈螺旋由6个核小体组成，H1组蛋白位于螺旋管的内侧。螺线管的形成是DNA在细胞内的第二层次折叠，使DNA的长度又减少了约6倍。

螺线管的进一步卷曲和折叠形成了直径为400nm的超螺线管，这一过程将染色体的长度又压缩了40倍。之后，染色质超螺线管进一步压缩成染色单体，在核内组装成染色体（图7－18）。在分裂期形成染色体的过程中，DNA被压缩了8 000～10 000倍，从而将近2m长的DNA有效地组装在直径只有数微米的细胞核中。整个折叠和组装过程是在蛋白质参与的精确调控下实现的。