核酸二级结构

使用 DNA 螺旋的核酸结构（一级、二级、三级和四级）的交互图像以及来自 VS 核酶和端粒酶和核小体的示例。 （PDB：ADNA、1BNA、4OCB、4R4V、1YMO、1EQZ ）

核酸二级结构是单个核酸聚合物内或两个聚合物之间的碱基配对相互作用。 它可以表示为核酸分子中配对的碱基列表。生物 DNA 和 RNA 的二级结构往往不同：生物 DNA 大多以完全碱基配对的双螺旋形式存在，而生物 RNA 是单链的，通常 由于核糖中额外的羟基形成氢键的能力增强，因此形成复杂而错综复杂的碱基配对相互作用。

在非生物背景下，二级结构是用于 DNA 纳米技术和 DNA 计算的核酸结构的核酸设计中的重要考虑因素，因为碱基配对的模式最终决定了分子的整体结构。

在分子生物学中，通过氢键连接的相反互补 DNA 或 RNA 链上的两个核苷酸称为碱基对（通常缩写为 bp）。 在典型的 Watson-Crick 碱基配对中，腺嘌呤 (A) 与胸腺嘧啶 (T) 形成碱基对，鸟嘌呤 (G) 与 DNA 中的胞嘧啶 (C) 形成碱基对。 在 RNA 中，胸腺嘧啶被尿嘧啶 (U) 取代。 交替的氢键模式，例如摆动碱基对和 Hoogsteen 碱基对，也会出现——尤其是在 RNA 中——从而产生复杂的功能性三级结构。 重要的是，配对是蛋白质翻译过程中信使 RNA 分子上的密码子被转移 RNA 上的反密码子识别的机制。 一些 DNA 或 RNA 结合酶可以识别特定的碱基配对模式，从而识别基因的特定调控区域。氢键是构成上述碱基配对规则基础的化学机制。 氢键供体和受体的适当几何对应关系只允许正确的对稳定形成。 GC 含量高的 DNA 比 GC 含量低的 DNA 更稳定，但与普遍看法相反，氢键不会显着稳定 DNA，稳定主要是由于堆积相互作用。

较大的核碱基，腺嘌呤和鸟嘌呤，是一类称为嘌呤的双环化学结构的成员； 较小的核碱基、胞嘧啶和胸腺嘧啶（以及尿嘧啶）是一类称为嘧啶的单环化学结构的成员。 嘌呤仅与嘧啶互补：嘧啶-嘧啶配对在能量上是不利的，因为分子相距太远，无法建立氢键； 嘌呤-嘌呤配对在能量上是不利的，因为分子太近，导致重叠排斥。 xxx可能的配对是 GT 和 AC； 这些配对是不匹配的，因为氢供体和受体的模式不对应。 具有两个氢键的 GU 摆动碱基对确实经常出现在 RNA 中。

杂交是互补碱基对结合形成双螺旋的过程。 熔化是双螺旋链之间的相互作用被破坏，从而分离两条核酸链的过程。 这些键很弱，很容易被轻微加热、酶或物理力分离。 熔解优先发生在核酸的某些点。 富含 T 和 A 的序列比富含 C 和 G 的区域更容易解链。 特定的碱基步骤也容易受到 DNA 熔解的影响，尤其是 T A 和 T G 碱基步骤。 这些机械特征通过在许多基因的起始处使用诸如 TATAA 的序列来帮助 RNA 聚合酶解链 DNA 以进行转录反映出来。

如果分子少于约 10,000 个碱基对（10 千碱基对，或 10 kbp），如 PCR 中所用，通过温和加热进行链分离很简单。 DNA 链的缠绕使得长片段难以分离。

细胞通过允许其 DNA 熔解酶（解旋酶）与拓扑异构酶同时工作来避免这个问题，拓扑异构酶可以化学切割其中一条链的磷酸盐主链，使其可以围绕另一条链旋转。 解旋酶解开链以促进序列读取酶（如 DNA 聚合酶）的前进。

核酸二级结构一般分为螺旋（连续的碱基对）和各种环（未配对的核苷酸被螺旋包围）。 这些元素或它们的组合经常被进一步分类为其他类别，包括例如四环、假结和茎环。

双螺旋是核酸分子中重要的三级结构，与分子的二级结构密切相关