核酸結構

鹼基堆疊(base stacking)

問起是什麼把 DNA 的兩條鏈固定在一起,大多數人會說「鹼基之間的氫鍵」。那只是答案的一半。另一半,往往還是更大的一半,是一種更安靜的力,叫鹼基堆疊——那些扁平的鹼基一片片疊在彼此之上,就像一摞碼得整整齊齊的硬幣。

在雙螺旋內部,鹼基對是大致垂直於軸線躺著的扁平片子,相鄰的鹼基對正好上下相疊,相隔僅幾分之一奈米。它們扁平、富含電子的表面通過范德華力以及電子雲相互作用的方式彼此吸引,而疏水效應又把這些油膩、怕水的表面擠到一起,以躲開周圍的水。這種堆疊沿著整條螺旋延伸,為把 DNA 捲緊、保持其形狀的穩定性貢獻了很大一份。

鹼基堆疊之所以重要,是因為它糾正了一個常見的誤解。氫鍵搶盡了風頭,但在把螺旋維繫在一起這件事上,堆疊能與氫鍵能相當、甚至更大。堆疊也是為什麼完整的 DNA 吸收紫外光比分開時弱——當兩條鏈分開、鹼基不再堆疊時,吸光度會躍升,生物學家正利用這一變化即時觀察 DNA 的熔解與重新形成。

加熱一份 DNA 溶液,盯著它在 260 奈米處的紫外吸光度:當兩條鏈分開、鹼基不再堆疊時,吸光度急劇上升——這就是「增色效應」——直接讀出了熔解的過程。

像硬幣般堆疊——這股安靜的力,常常比氫鍵還強。

別把 DNA 維繫在一起的功勞全記在氫鍵頭上。堆疊和疏水效應貢獻相當、甚至更多;氫鍵最重要的作用是把正確的鹼基送到對面,而非主要提供原始的穩定性。

又稱
stacking interactionspi-stacking碱基堆积堆叠作用