好多人只要一提到DNA的双螺旋结构, 脑海里冒出来的便是碱基之间的氢键, 进而觉着那是维持结构稳定的关键所在。的确如此, 氢键于双链配对里有着不可磨灭的功劳 , 然而它实际上十分脆弱, 稍微进行加热或者改变一下环境pH值, 氢键就会断裂, 双链随之也就解开了。这情形仿佛是两块磁铁吸附在了一起，看上去挺稳固的, 轻轻一掰便分开了 因此 , 氢键承担的是“特异性”以及“临时固定”, 而非真正意义上的“骨架支撑”。
我们所要寻觅的, 乃是那个切实令核酸分子不会散架的力量, 核酸之序列所含各个单元之间依据特定联结彼此相连所构成的线性顺序也就是核酸的一级结构, 设想一下, 要是将DNA比作一串珍珠项链, 氢键仅仅是用以把两条项链并列系起来之际当作凭依的线绳, 然而真正串联起每一颗珍珠的, 却是那条牢固的尼龙绳, 这条绳子的质地, 便是共价键。
位于相邻核苷酸之间起连接作用的核心化学键是磷酸二酯键, 它是由一个核苷酸的3'羟基同下一个核苷酸的5'磷酸基团通过脱水缩合而形成的, 这种键属于强共价键而且键能很高, 非常牢固, 在正常的生理条件下, 要不是有特定的酶譬如核酸酶介入催化, 否则这个键不会轻易断开。为什么我们能够从中提取古老DNA片段呢, 是缘于这条坚不可摧的化学链条, 即使那些核苷酸中的氢键已然不存在, 不过其排列顺序鲜明可辨, 此为化石所呈现的情况。
拿生物进化的视角来讲, 信息要长期存储, 就得拥有极高的稳定性。要是维持一级结构靠的是氢键, 那生命遗传信息的承载者将会极端不稳定, 随时都有因环境温度波动而瓦解的可能。共价键的高稳定特质保证了遗传信息能够逐代传递, 不会出现自发性的降解。这种化学方面的“刚性”, 给双螺旋结构的形成提供了必需的基础架构。没有这个稳固的一级结构框架体系, 后续的二级、三级结构根本无法实现。
当然, 离子强度、温度等处于水溶液环境里的因素, 会对核酸的整体构象产生影响, 不过这些外部因素主要作用于像氢键、疏水作用以及堆积力这样非共价的相互作用力, 它们能够改变DNA的形状, 使之从B型转变为Z型, 或者致使变性, 然而它们没办法切断磷酸二酯键, 只有在使用强酸、强碱或者特定的酶进行处理时, 一级结构才会被破坏, 这也从反面证实了, 在常规生物过程中, 共价键是维持核酸一级结构完整性的唯一具有决定性的力量。
这点的理解, 对基因工程而言至关重要, 对PCR技术来说也异常关键, 对药物设计同样不可或缺。我们操作DNA之际, 常常凭氢键的可逆性去开展扩增或者杂交, 而构建重组DNA之时, 是借助连接酶来再度形成磷酸二酯键, 进而永久性地更改一级结构。这般对化学键性质的精确掌控, 是现代分子生物学的基石。
故而, 别再被双螺旋那看似浪漫的表象给蒙蔽了, 切实撑起核酸一级结构脊梁的, 乃是那些默默有着强大力量的共价键。它们虽不醒目, 然而却是始终不移地站在遗传信息的第一道防御线上,保证生命密码能够精确无误地传递。
