碱基对

DNA碱基对的化学结构

碱基对（base pair）是双链核酸的基本组成单位，由两个核碱基通过氢键相互结合而成；它们形成了DNA双螺旋的结构单元，并促成DNA和RNA的折叠结构。碱基对也是编码遗传信息的化学结构。

组成碱基对的碱基包括腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、脲嘧啶（U）。在DNA或某些双链RNA分子结构中，由于碱基之间的氢键具有固定的数目和DNA两条链之间的距离保持不变，使碱基配对遵循一定的规律，腺嘌呤一定与胸腺嘧啶或者在RNA中的尿嘧啶配对，鸟嘌呤与胞嘧啶配对。这就是碱基互补配对原则。它常被用来衡量DNA和RNA的长度（尽管RNA是单链）。它还与核苷酸互换使用，尽管后者是由一个五碳糖、磷酸和一个碱基组成。

碱基对通常简写作bp；千碱基对为kbp或kb。兆碱基对即百万对碱基，简写作Mbp，而千兆碱基对简写作Gbp。

人类也成功的将人造碱基对加入到了DNA中。

氢键与稳定性

上图，具有一个三氢键的G.C碱基对。下图是有一个两氢键的A.T碱基对。碱基之间的非共价氢键以虚线表示。摆动的线代表与戊糖的连接，并指向小沟的方向。

氢键是上述碱基配对规则所依据的化学交互作用。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。然而，至关重要的是，堆叠相互作用主要负责稳定双螺旋结构；沃森-克里克碱基配对对整体结构稳定性的贡献很小，但它在互补性特异性中的作用却至关重要，因为这是中心法则的模板依赖性过程的基础（例如DNA复制）。

较大的核碱基（腺嘌呤和鸟嘌呤）属于双环化学结构，称为嘌呤；较小的核碱基（胞嘧啶和胸腺嘧啶（以及尿嘧啶））属于单环化学结构，称为嘧啶。嘌呤只能与嘧啶互补：嘧啶与嘧啶的配对在能量上是不利的，因为分子之间相隔太远，无法建立氢键；嘌呤与嘌呤的配对在能量上是不利的，因为分子之间太接近，会产生重叠排斥。AT或GC或UA（在RNA中）的嘌呤-嘧啶碱基配对可形成适当的双链结构。唯一的其他嘌呤-嘧啶配对是AC和GT以及UG（在RNA中）；这些配对是错配，因为氢给体和氢受体的模式不一致。在RNA中，有两个氢键的GU配对确实相当常见（请参阅摇摆碱基对）。

成对的DNA和RNA分子在室温下相对稳定，但两条核苷酸链会在熔点以上分离，而熔点则取决于分子的长度、错配程度（若有）以及GC含量。较高的GC含量会导致较高的熔点温度；因此，嗜热温热菌（Thermus thermophilus）等嗜极生物的基因组特别富含GC也就不足为奇了。反之，基因组中需要频繁分离的区域 - 例如，经常转录基因的启动子区域 - 则相对较缺乏GC（例如，请参阅TATA盒）。在设计PCR反应的引物时，也必须考虑GC含量和熔解温度。

碱基类似物和嵌入

核苷酸的化学类似物可以取代正确的核苷酸并建立非规范的碱基配对，导致DNA复制和DNA转录中的错误（主要是点突变）。这是由于它们的等排(isosteric)化学性质。一种常见的诱变碱基类似物是5-溴尿嘧啶，它类似于胸腺嘧啶，但可以与烯醇形式的鸟嘌呤碱基配对。

其他化学物质，称为DNA嵌入，可插入单链上相邻碱基之间的间隙，并通过“伪装”为碱基来诱导框移突变，导致DNA复制机制在插入位点跳过或嵌入额外的核苷酸。大多数嵌入都是大型多环芳香烃化合物，是已知或疑似致癌物质。例子包括溴化乙锭和吖啶。

错配修复

错配的碱基对可能因DNA复制错误而产生，也可能作为同源重组过程中的中间体而产生。错配修复过程通常必须识别并正确修复长序列正常DNA碱基对中的少数碱基错配。为了修复DNA复制过程中形成的错配，已经进化出几种不同的修复过程来区分模板炼和新形成的链，以便只去除新插入的错误核苷酸（以避免产生突变）。 DNA错配修复一文中描述了DNA复制过程中用于错配修复的蛋白质，以及过程中缺陷的临床意义。基因转换一文中描述了重组过程中错配校正的过程。

图集

• 
  腺嘌呤（左）与胸腺嘧啶（右）的配对
• 
  鸟嘌呤（左）与胞嘧啶（右）的配对

外部链接

• DAN—webserver version of the EMBOSS tool for calculating melting temperatures