核酸二級結構

核酸二級結構（英語：Nucleic acid secondary structure）是單個核酸聚合物內或兩個聚合物之間的鹼基對相互作用。它可以被表示為在核酸分子中配對的鹼基的一個列表^[1]。生物DNA的和RNA的二級結構往往有所不同：生物DNA主要以完全鹼基配對的雙螺旋的形式存在，而生物RNA是單鏈的，並且由於來自核糖中額外的羥基增加的形成氫鍵的能力而形成錯綜複雜的鹼基配對相互作用。

在非生物學背景下，由於鹼基對的模式最終決定了分子的整體結構，因此二級結構對於DNA納米技術和DNA運算的核酸結構的核酸設計（英語：Nucleic acid design）至關重要。

二級結構模體

主要的核酸螺旋結構（A-，B-和Z-形式）

核酸二級結構通常分為螺旋（連續鹼基對）和各種環（螺旋包圍未配對的核苷酸）。通常將這些元素或它們的組合進一步分類為其他類別，包括例如四元環（英語：Tetraloop）(Tetraloop)，假結結構和莖環。

雙螺旋

雙股螺旋是核酸分子中重要的核酸三級結構，與分子的二級結構緊密相連。雙股螺旋由許多連續鹼基對的區域形成。

核酸雙螺旋是螺旋聚合物，通常是右旋的，含有兩個鹼基對配對的核苷酸鏈。單螺旋圈構成約十個核苷酸，並且包含大溝和小溝，大溝比小溝寬^[2]。鑑於大溝和小溝寬度的差異，許多與DNA結合的蛋白質通過侵入較寬的大溝來實現^[3]。對於DNA而言，許多雙螺旋形式在理論上是可能的，三種生物中存在的形式是A-DNA，B-DNA和Z-DNA，而RNA雙鏈只能形成與A形DNA相似的A形雙螺結構旋。

莖環結構

一個RNA莖環的二級結構

核酸分子的二級結構通常可以獨特地分解成莖(stem)和環(loop)。莖環結構（通常也稱為「髮夾(hairpin)」），其中鹼基配對的螺旋終止於短的不配對環中，是非常常見的，並且是用於較大結構基序如三葉草結構的構建模塊，是四個螺旋結的連接，如轉運RNA中被發現的那些。內部環（較長的配對螺旋中的一系列不配對的鹼基）和突起（螺旋的一條鏈具有「額外」插入的鹼基而在相對鏈中沒有對應物的區域）也是常見的。

假結結構

一個假結結構，例如，人端粒酶的RNA組分^[4]

一個假結結構是含有至少兩個莖環結構的核酸二級結構，其中一個莖的一半嵌入另一莖的兩半之間。假結結構摺疊成節狀三維構象，但不是真正的拓撲結。假結構中的鹼基對不能很好地嵌套; 也就是說，鹼基對出現在序列位置上彼此「重疊」。這使得核酸序列中一般假結的出現無法通過動態規劃的標準方法來預測，該方法使用遞歸評分系統來識別配對的莖，並因此不能使用常用算法檢測非嵌套鹼基對。然而，使用修改後的動態程序可以預測（英語：Nucleic acid structure prediction）有限的假結點的子類^[5]。較新的結構預測技術，如隨機上下文無關文法也無法考慮假結結構。

參閱

DNA納米技術
DNA的分子模型（英語：Molecular models of DNA）
DiProDB（英語：DiProDB） -- 該數據庫旨在收集和分析熱力學，結構和其他二核苷酸特性。

參考資料

^ Dirks, Robert M.; Lin, Milo; Winfree, Erik & Pierce, Niles A. Paradigms for computational nucleic acid design. Nucleic Acids Research. 2004, 32 (4): 1392–1403. PMC 390280  . PMID 14990744. doi:10.1093/nar/gkh291.
^ Alberts; et al. The Molecular Biology of the Cell. New York: Garland Science. 1994. ISBN 978-0-8153-4105-5.
^ Pabo C, Sauer R. Protein-DNA recognition. Annu Rev Biochem. 1984, 53: 293–321. PMID 6236744. doi:10.1146/annurev.bi.53.070184.001453.
^ Chen JL, Greider CW. Functional analysis of the pseudoknot structure in human telomerase RNA. Proc Natl Acad Sci USA. 2005, 102 (23): 8080–5. PMC 1149427  . PMID 15849264. doi:10.1073/pnas.0502259102.
^ Rivas E, Eddy SR. A dynamic programming algorithm for RNA structure prediction including pseudoknots. J Mol Biol. 1999, 285: 2053–2068. PMID 9925784. doi:10.1006/jmbi.1998.2436.

外部連結

（英文）MDDNA: Structural Bioinformatics of DNA
（英文）Abalone （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） — Commercial software for DNA modeling
（英文）DNAlive: a web interface to compute DNA physical properties. Also allows cross-linking of the results with the UCSC Genome browser and DNA dynamics.

[1] Dirks, Robert M.; Lin, Milo; Winfree, Erik & Pierce, Niles A. Paradigms for computational nucleic acid design. Nucleic Acids Research. 2004, 32 (4): 1392–1403. PMC 390280  . PMID 14990744. doi:10.1093/nar/gkh291.

[Alberts-2] Alberts; et al. The Molecular Biology of the Cell. New York: Garland Science. 1994. ISBN 978-0-8153-4105-5.

[3] Pabo C, Sauer R. Protein-DNA recognition. Annu Rev Biochem. 1984, 53: 293–321. PMID 6236744. doi:10.1146/annurev.bi.53.070184.001453.

[Chen-4] Chen JL, Greider CW. Functional analysis of the pseudoknot structure in human telomerase RNA. Proc Natl Acad Sci USA. 2005, 102 (23): 8080–5. PMC 1149427  . PMID 15849264. doi:10.1073/pnas.0502259102.

[5] Rivas E, Eddy SR. A dynamic programming algorithm for RNA structure prediction including pseudoknots. J Mol Biol. 1999, 285: 2053–2068. PMID 9925784. doi:10.1006/jmbi.1998.2436.

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