霍利迪交叉

霍利迪交叉是一种分支核酸结构，包含四个连接的双链臂。 这些臂可能采用几种构象中的一种，具体取决于缓冲盐浓度和最靠近连接点的核碱基序列。

在生物学中，霍利迪交叉是许多类型的基因重组以及双链断裂修复中的关键中间体。 这些连接点通常具有对称序列，因此是可移动的，这意味着四个单独的臂可以以很大程度上保留碱基配对的特定模式滑过连接点。 此外，类似于霍利迪交叉的四臂连接出现在一些功能性 RNA 分子中。

固定的霍利迪交叉具有将股线锁定在特定位置的不对称序列，由科学家人工创建，以研究其结构作为天然霍利迪交叉的模型。 这些连接点后来也被用作 DNA 纳米技术的基本结构构建块，其中多个霍利迪交叉可以组合成特定设计的几何形状，为分子提供高度的结构刚性。

霍利迪交叉可能存在于多种构象异构体中，在四个双螺旋臂之间具有不同的同轴堆叠模式。 同轴堆积是核酸平末端通过暴露碱基之间的相互作用相互结合的趋势。 存在三种可能的构象异构体：一种非堆叠（或开放式 X）形式和两种堆叠形式。 在没有二价阳离子（例如 Mg2+）的情况下，未堆叠形式占主导地位，因为带负电荷的链主链之间存在静电排斥。 在至少约 0.1 mM Mg2+ 的存在下，静电排斥被抵消并且堆叠结构占优势。 截至 2000 年，尚不确定静电屏蔽是阳离子与结点的位点特异性结合的结果，还是溶液中离子扩散聚集的结果。

未堆叠的形式是近乎正方形的平面扩展构象。 另一方面，堆叠的构象异构体有两个连续的双螺旋结构域，它们在右手方向上以约 60° 的角度分开。 四条链中的两条大致呈螺旋状，保留在两个双螺旋结构域中的每一个内，而另外两条以反平行方式在两个结构域之间交叉。

两种可能的堆叠形式的不同之处在于，臂对彼此堆叠； 两者中哪一个占主导地位高度依赖于最靠近连接点的碱基序列。 一些序列导致两个构象异构体之间的平衡，而其他序列则强烈倾向于单个构象异构体。 特别地，包含桥接连接点的序列 A-CC 的连接似乎强烈倾向于允许在连接点处的第二个胞嘧啶和磷酸盐之一之间形成氢键的构象异构体。 虽然大多数研究都集中在每条臂上最靠近连接处的四个碱基的身份，但很明显，更远的碱基也会影响观察到的堆叠构象。

在具有对称序列的路口，分支点是移动的并且可以在随机游走过程中迁移。 分支迁移率随离子浓度的不同而显着变化，单步时间从无离子时的 0.3 到 0.4 毫秒增加到 10 mM Mg2+ 时的 270-300 毫秒。 速率的变化与堆叠结构与非堆叠结构的形成相关。

霍利迪交叉在交界处有一个缺口，或其中一根链断裂，采用垂直方向，并且总是更喜欢将缺口放置在交叉链上而不是螺旋链上的堆叠构象异构体。

RNA 霍利迪交叉在高镁浓度下呈现反平行堆叠构象，在中等浓度下呈现垂直堆叠构象，并在低浓度下旋转成平行堆叠构象，而即使是小的钙离子浓度也有利于反平行构象。

霍利迪交叉是同源重组的关键中间体，同源重组是一种通过在两条染色体之间转移基因来增加遗传多样性的生物过程，以及涉及整合酶的位点特异性重组事件。 它们还参与修复双链断裂。 此外，可以出现涉及霍利迪交叉的十字形结构，以减轻 DNA 超螺旋中对称序列中的螺旋应变。