四、核酸的理化性质

天然DNA分子的长度可达几厘米，而分子直径只有2nm。如此细丝状的双螺旋结构使DNA分子具有一系列理化特性。如粘度极大，在外力作用下易断裂等。 （一）核酸的分子大小与粘度 天然DNA的分子量极大，例如，果蝇巨染色体只有一线形DNA，长达四厘米，分子量约为8×102道尔顿。高分子溶液的粘度比一般溶液的粘度要大得多，不规则团分子比球状分子的粘度要大，而线形分子的粘度更大。因此在溶液中呈线形分子的DNA，即使是极稀的溶液，也具有极大的粘度。RNA溶液的粘度要小得多。当核酸溶液在某些理化因素作用下发生变性，使螺旋结构转变为线团时，粘度降低。所以可用粘度作为DNA变性的指标。 （二）核酸的紫外吸收 嘌呤碱、嘧啶碱以及由它们参与组成的核苷，核苷酸及核酸对紫外光都有强烈的吸收作用。它们吸收紫外光的共同特点是在260nm处为最大吸收值。而由芳香族氨基酸参与组成的蛋白质最大吸收值在280nm处。利用这一特性，可以鉴别核酸样品作为杂质的蛋白质含量。 （三）核酸的变性、复性与杂交 1．核酸变性 核酸变性是指核酸双螺旋结构解开，氢键断裂，但并不涉及核苷酸间磷酸二酯键的断裂。若磷酸二酯键的断裂称为降解，核酸降解时，核酸分子量降低。而核酸的变性并不引起核酸分子量的变化。 引起核酸变性的因素很多。由于温度升高而引起的变性称热变性。如将DNA的稀盐溶液加热到50℃以上几分钟，双螺旋结构即破坏，氢键断裂，DNA分子的两条链彼此分离，形成无规则线团。变性后的DNA，由于结构上的变化，因而发生了一系列理化性质的改变，如260nm处紫外吸收值升高（称增色效应），粘度降低以及生物学活性丧失等。能使50%DNA分子发生变性的温度称为变性温度（Melting temperature，Tm）Tm一般为70~85℃。Tm值与分子中G—C含量有关，即G—C配对数愈多，则Tm值愈高，反之愈低。由于溶液酸碱度的改变而引起的变性称酸碱变性。对DNA分子来说，碱基对在pH4.0~11.0之间最为稳定,超此范围,可引起DNA分子酸碱变性。乙酸、丙酮等有机溶液及尿素也可引起核酸的变性。 2．核酸复性 变性DNA在适当条件下，又可使两条彼此分离的链重新缔合而形成双螺旋结构，这一过程称为复性或退火。复性后的DNA可基本恢复一系列的理化性质，生物学活性也可得到部分恢复。 变性核酸的复性是有条件的。如将热变性的DNA溶液骤然冷低温，DNA不可能复性。只有缓慢地将它冷却时，DNA才有可能复性。另外，变性DNA片段越大，则复性越慢。变性DNA浓度越大则越易复性。 3．核酸杂交 不同来源的DNA加热变性后，只要两条多核苷酸链的碱基有一定数量能彼此互补，就可以经退火处理复性现象，形成新的杂交体双螺旋结构，这种依据相应碱基配对而使不完全互补的两条链相互结合称为分子杂交。因此分子杂交的基础是DNA的变性与互补，也可以杂交形成新的双螺旋结构。目前杂交技术已广泛地应用于核酸结构与功能的研究。将已知的特定基因（如先天性遗传疾病的某些特定基因）用同位素标记，制备成基因探针，利用分子杂交技术，基因探针可与同源序列互补形成杂交体，因此可用检测组织细胞内有无特定基因或DNA片段，如临床上已应用于产前诊断遗传性疾病。