DNA最重要的理化特性是變性和復(fù)性。
(一) DNA的變性
DNA的雙股螺旋鏈分子中,配對(duì)堿基以氫鏈連接,并以G-C,A-C,A-T互補(bǔ)。在加熱,堿性性條件下,鏈間的氫鍵斷裂,形成兩條單鏈結(jié)構(gòu),這種現(xiàn)象叫做DNA變性(denaturation)。DNA在溶液中發(fā)生變性常伴隨著溶液粘度降低,沉降速度增加,對(duì)紫外線吸收強(qiáng)度增加等。核酸中嘌呤堿和嘧啶堿均有強(qiáng)烈的紫外線吸收特性,對(duì)某一DNA分子而言,紫外線吸收強(qiáng)度( A260值)是雙鏈DNA<單鏈DNA<單核苷酸,紫外線吸收強(qiáng)度的增加與變性程度成正比。隨加熱溫度逐漸上升,DNA溶液的‰值上升,稱為增色效應(yīng)。若將A260的增加作為溫度的函數(shù)作圖,可得解鏈曲線(圖3 -1-4),解鏈曲線的中點(diǎn)所示溫度叫做該DNA的解鏈溫度(melting ture, Tm),表示使50% DNA分子解鏈的溫度。不同的DNA分子有不同的Tm值。由于G和c間有三條氫鍵,A,T間只有C條氫鍵,故Tm值隨(G+c)%含量呈線性增加,每增加1%的(G+c),Tm值約增加0.4C。因此,測(cè)定DNA分子的Tm值可以估計(jì)分子中G+C的含量。溶液的離子強(qiáng)度對(duì)Tm值有較大的影響,單價(jià)陽(yáng)離子濃度每增加10倍,Tm值增加16.6c|c。某些化學(xué)試劑如甲酰胺能破壞氫鍵,可使Tm值明顯降低。
(二) DNA的復(fù)性
撤除變性條件后,兩條堿基互補(bǔ)的變性單鏈DNA可以恢復(fù)成雙鏈結(jié)構(gòu),恢復(fù)原DNA雙鏈的理化特性及生物學(xué)活性,這一過(guò)程叫做復(fù)性(renaturation)。復(fù)性的過(guò)程與速度主要與DNA 分子的性質(zhì)有關(guān),如簡(jiǎn)單序列DNA,重復(fù)DNA,DNA液濃度高的較容易復(fù)性。影響DNA復(fù)性 過(guò)程有兩個(gè)主要因素,即溫度和鹽濃度。復(fù)性溫度必須適宜,溫度過(guò)高接近Tm值時(shí)DNA不易復(fù)性,但溫度也不宜過(guò)低,否則導(dǎo)致堿基錯(cuò)配率上升。復(fù)性過(guò)程還必須有足夠的鹽濃度,以中和DNA雙鏈間磷酸基團(tuán)的靜電斥力。因此,人為地控制復(fù)性溫度及離子強(qiáng)度,可以影響DNA復(fù)性過(guò)程。加熱變性DNA在降低溫度過(guò)程中的復(fù)性又稱退火(annealing)。
(三)DNA分子的雜交
不同來(lái)源但具有同源性的兩條DNA單鏈按照堿基配對(duì)的原則結(jié)合在一起'形成局部雙鏈結(jié)構(gòu)的雜種DNA,這一過(guò)程叫做雜交(hybridhation)o雜交可以作為檢測(cè)靶DNA的方法,利用DNA變性復(fù)性的特性,將已知序列的寡核苷酸片段標(biāo)記示蹤物,再與靶DNA貧子雜交,可以檢測(cè)出目的DNA。已知的標(biāo)記寡核苷酸片段叫做探針(probe), DNA分子雜交已成為分子生物學(xué)的重要的技術(shù)。