核酸的理化性质

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测定Tm,可推知G-C含量: [(G-C)%]=(Tm-69.3)×2.44
DNA的Tm值与DNA的G-C碱基含量之间的关系
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③ 介质中离子强度
离子强度高,Tm高;介质离子强度低,Tm低。
因此,DNA制品不应该保存在很稀的电解质溶液中, 一般来说,在含盐缓冲液中保存DNA是比较稳定的。
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4. RNA的变性
17
2.核苷的解离
核苷 = 碱基 + 戊糖。
戊糖的存在增强了碱基酸性解离。
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3.核苷酸的解离
由于磷酸基的存在,使核苷酸具较强的酸性
pK’1 pK’2
磷酸基(含两个羟基)的解离
0.7~1.6 5.9~6.5
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核苷酸的两性解离和等电点
胞嘧啶核苷酸的解离:
NH2 + HN O HO P O CH2 OH H H OH O O H H OH + CMP
pH<pI, 核苷酸带正电
pI=1/2(pk1′+ pk2′)
pH>pI, 核苷酸带负电
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4.核酸的滴定曲线P506
Ⅰ:酸碱正向滴定; Ⅱ:酸碱反向滴定。
天然DNA与变性DNA滴 定曲线不同,双链解开碱基 即参与酸碱滴定。 因此 DNA的酸碱滴定曲线对了解 DNA的酸碱变性有帮助。 DNA的酸碱变性使酸碱滴定 曲线不可逆
ε(p)=
每升中磷的重量(g)
30.98A WL
比色杯内径
27
ε(p)=
30.98A WL
天然DNA的ε (p)=~6600 RNA的ε (p)= 7700~7800
单链多核苷酸ε (p)比双螺旋结构多核苷酸的ε (p)值高: 核酸发生变性时,ε (p)升高,此现象称增色效应。
变性后的核酸复性后ε (p)又降低,称减色效应。
光 吸 收
3
0.4 2
0.3
1
0.2
1 2 3 天然DNA 变性DNA 核苷酸总吸收值
0.1
220
240
260
280
波长(nm)
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3. DNA的变性
双链DNA
部分变性解链DNA
完全变性后分离开的单链DNA
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结构:
DNA稀盐液
80~100℃
双螺旋解体
无规线团
链内碱基配对
性质:
A260升高,粘度降低,浮力密度升高,比旋下降,酸碱滴定曲线改变
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三、酶水解
(一)核酸酶的分类
RNase(核糖核酸酶) ①按底物专一性分类:
DNase(脱氧核糖核酸酶)
核酸内切酶
②按对底物作用方式分类:
核酸外切酶
小球菌核酸酶:内、外切均可 ③按磷酸二酯键断裂方式分类: 3′-OH与磷酸基之间断裂 如 蛇毒磷酸二酯酶 5′-OH与磷酸基之间断裂 如 牛脾磷酸二酯酶 ④其它分类标准
嘌呤糖苷键
磷酸酯键
嘧啶糖 苷键
核酸的水解:所有的糖苷键、磷酸酯键能被酸、碱和酶水解。
3
一、酸水解
糖苷键和磷酸酯键都能被酸水解,但糖苷键更易被酸
水解,嘌呤碱的糖苷键比嘧啶碱更易被酸水解。

对酸的敏感性:
糖苷键>磷酸酯键
嘌呤糖苷键>嘧啶糖苷键
4
对酸最不稳定的是嘌呤与脱氧核糖之间的糖苷键 (嘌呤碱) :
DNA
pH1.6, 37℃ 对水透析
无嘌呤酸
(除去嘌呤碱)
pH2.8 100℃、1hr
5
嘧啶糖苷键的水解则需要较高温度:
嘧啶糖苷键(DNA或RNA)
甲酸(98~100%) 加热
密封(175℃ 2hr)
完全水解 尿嘧啶碱回收低
三氟乙酸加热
(DNA)
(155℃ 60min) 三氟乙酸加热
完全wk.baidu.com解 嘧啶碱回收率高
RNase只作用于RNA
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(三)脱氧核糖核酸酶类(DNase)
1.牛胰脱氧核糖核酸酶:DNaseⅠ
切断双链或单链DNA,产物:以5′-磷酸为末端的寡核苷酸
2.牛脾脱氧核糖核酸酶:DNaseⅡ
产物:以3′-磷酸为末端的寡核苷酸
3.链球菌脱氧核糖核酸酶类
是一个内切酶,作用于DNA,产物为5’磷酸为末端的碎片,长度 不一,最适PH为7,需镁离子参与。
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核酸的复性(退火)
慢 冷 却
复性 也称退火 (annealing)

高于Tm值5℃




核酸复性后的特点:
理化性质:
(p)
↓ 比旋光度↑ 粘度↑
生物活性得到部分恢复
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DNA的复性因素:
1.热变性DNA如果骤然降温,这时DNA不可能复性。但是当 热变性的DNA缓慢冷却时,DNA可以复性(退火); 2.DNA片段越大,复性愈慢;
测核酸的ε(p)可判断DNA制剂是否变性或降解。
28
第四节 核酸的变性、复性和杂交
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一、核酸的变性
1. 核酸变性的概念:
(denaturation)
核酸的变性指核酸双螺旋区的氢键断裂,变成单链,并不涉 及共价键的断裂。 核酸的降解:多核苷酸骨架上共价键(3′,5′-磷酸二酯键) 的断裂。
O O N O P O CH2 O H H O H H OH OH CMP
腺嘌呤核苷酸 pK2 = 3.7 含氮环 pK3 = 6.2 pK1 = 0.9 第二磷酸基 第一磷酸基
核 苷 酸 的 解 离 曲 线
鸟嘌呤核苷酸 pK2 = 3.7 pK3 = 6.1 含氮环 第二磷酸基 pK1 = 0.7 第一磷酸基 烯醇式羟基 胞嘧啶核苷酸 pK2 = 4.3 含氮环 pK3 = 6.3 pK1 = 0.8 第二磷酸基 第一磷酸基
DNA 的 Tm 一般在 82 ~ 95℃ 之 间。
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影响Tm值的因素
① DNA的均一性 。
均一性高,DNA变性的温度范围越窄,据此可分析 DNA的均一性。
如一些病毒DNA,人工合成的poly d(A-T),poly d(G-C)
熔解过程发生于一个较小温度范围之内。
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② G-C含量与Tm值成正比。
1、Southern Blotting (DNA-blotting) 2、Northern Blotting (RNA-blotting) 3、Western Blotting (protein-blotting)
(二)核糖核酸酶类(RNase)
1.牛胰核糖核酸酶(RNaseⅠ)
最适pH :7.0-8.2 产物:3′-嘧啶核苷酸或以其为结尾的寡核苷酸。是高度专 一的内切酶
2.RNase T1
耐热、耐酸 产物:3′-鸟苷酸或以其为结尾的寡核苷酸,专一性更高。
3. RNase T2
产物:将tRNA完全水解为以3′-腺苷酸结尾的寡核苷酸
小牛胸腺DNA 的滴定曲线
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pH
第三节 核酸的紫外吸收P
507
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嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键,使碱基、核苷、核苷酸和核酸 在240~290nm的紫外波段有较强吸收峰,最大吸收在260nm附近。 不同核苷酸有不同吸收特征,据此可对核酸进行定量和定性测定。 紫外吸收是实验室中最常用的定量测DNA或RNA的方法。对待 测核酸样品的纯度也可用紫外分光光度法测定。
(RNA)
(155℃ 80min)
完全水解
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二、碱水解
RNA 的磷酸酯键对碱敏感、因此 RNA 易被碱水解, 产生核苷酸。
在室温,0.3~1mol/L KOH,24h,就可将RNA完全水 解,得到2′-或3′-核苷酸的混合物。
DNA无2′-OH,因此对碱有一定抗性: 生理意义: DNA更稳定 ,是遗传信息的载体。 RNA是DNA的信使,完成任务后迅速降解。
3.DNA浓度越大,复性越快。
在一定条件下复性反应速度可用 Cot1/2 衡量 :
Co: 变性DNA复性时的初始浓度。t 时间( 秒)。 Cot1/2 : 表示复性一半Cot值
42
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三、核酸的杂交 (hybridization)
概念:将不同来源的DNA放在试管里,经热变性后,缓慢冷却
使其复性。如果这些异源DNA分子之间在某些区域有相同的序
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一、核酸的变性
2. 核酸的变性因素:
温度升高 : 热变性 酸碱度改变: 酸碱变性 变性剂使用:
(denaturation)
DNA测序
尿素:PAGE中常用变性剂; 甲醛:琼脂糖凝胶电泳常用变性剂
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★核酸变性后的理化性质:
260nm吸收值升高。
粘度降低,浮力密度升高。 二级结构改变,部分失活。
RNA变性特点:
⑴螺旋与线团之间的转变。 ⑵因只具局部双螺旋区,不如DNA明显,变性曲线不 那么陡,Tm较低。 (3)tRNA双螺旋相对较多,故Tm较高。
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二、核酸的复性 (renaturation)
核酸复性的定义:
变性DNA在适当条件下,两条彼此分开的链又可以 重新缔合成为双螺旋结构,这个过程称为核酸的复性。
不同来源的 DNA分子
DNA-DNA 杂交双链分子
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核酸探针(nucleic acid probe):能特异性的探测带某一特 定序列的DNA或RNA分子的标记核酸分子。
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核酸分子杂交技术的应用
基因克隆筛选、酶切图谱制作、特定基因序列的定量 和定性、突变分析、疾病诊断等.
核酸分子杂交技术的类型
N O
pKa2=4.5
NH2
2
O
+ HN O N
N
pKa1=0.80
1
3
HO P O CH2 O H H O H H OH OH CMP
±
pICMP =
=
pKa1+pKa2 2
0.8+4.5 2
= 2.65
NH2
NH2 N
O
N
pKa3=6.4
HO P O CH2 O H H O H H OH OH CMP -
列,那么在复性时会形成杂交DNA分子。这种现象叫做核酸的 杂交。
不同的DNA单链间,或者DNA单链与互补的RNA链之间都可有
杂交现象发生。
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三、核酸的杂交 (hybridization)
双链DNA 变性解链后的两条单链DNA
能与单链DNA碱基互补的RNA
DNA-RNA杂化双链
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变性
复性
离 子 化 程 度
尿嘧啶核苷酸 pK1 = 1.0 第一磷酸基 pK3 = 6.4 第二磷酸基 烯醇式羟基
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pH
由于核苷酸含磷酸与碱基,为两性电解质,它们在不 同pH的溶液中解离程度不同,在一定条件下可形成兼性 离子。 在第一磷酸基和含N环解离曲线的交叉处,带负电荷的 磷酸基与带正电荷的含N环数目相等,此时pH即为核苷酸 的等电点:
A260
>1.8-----纯DNA
A280
A260可测含量
>2.0------纯RNA
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1.通常:A260=1 相当于50μg/ml双螺旋DNA或40μg/ml单链DNA(或
RNA)或20μg/ml寡核苷酸 。
2.不纯核酸:可用琼脂糖凝胶电泳分离出区带后,经溴化乙锭染 色在紫外灯下粗估其含量 3.有时核酸溶液的紫外吸收以摩尔磷的吸光度来表示,mol p ≈ mol 核苷酸 。 摩尔磷吸光系数 吸光值
核酸的物理化学性质
1
核酸的一般物理性质
分子大小:DNA Mr 106~1010或更大 RNA Mr 104~106或更大 性状: DNA为白色纤维状固体,而RNA为白色粉末。 溶解度:DNA和RNA均不溶于一般的有机溶剂,微 溶于水,但它们的钠盐在水中溶解度较大。
2
第一节 核酸的水解(P )
502
Dase只作用于DNA
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4.限制性内切酶:
在细菌中发现有这类酶,主要降解外源DNA,第一个发现的限 制性内切酶是从大肠杆菌(E.coli.)中发现的(1968年)。
限制性内切酶的命名(以EcoR I 为例):
大肠杆菌属名第一字母 所用大肠杆菌的菌株
EcoR I
种名头2个字母 细菌中已分离的这一类酶的编号
13
14
四、N-糖苷酶类:各种非特异的糖苷酶或对碱基特异
的N-糖苷酶,可水解糖苷键。
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第二节 核酸的酸碱性质
核酸的碱基、核苷、核苷酸均能发生解离,因此核酸
也就具备了可解离的酸碱性质。
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1.碱基的解离
由于嘧啶和嘌呤化合物杂环中N以及各取代基(-OH) 具结合和释放质子的能力,所以这些物质既有碱性解离又 有酸性解离。 各种碱基的解离特点及其常数见课本P505
DNA变性的特点-爆发式
变性作用发生于一个很窄温度范围内。
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Tm值
DNA 的 双 螺 旋 结 构 失 去 一 半 时 对 应 的 温 度 称 为 DNA的解链温度(Tm)。
浓 度 50ug/mL 时 , 双 链 DNA A260=1.00; 完全变性(单链)时, A260= 1.37 。当 A260 增加到最大 增大值一半时,即 1.185 时,对 应的温度即为Tm 。
8
P503
③按磷酸二酯键断裂方式分类: 3′-OH与磷酸基之间断裂 如 蛇毒磷酸二酯酶 5′-OH与磷酸基之间断裂 如 牛脾磷酸二酯酶
P482
蛇毒磷酸二酯酶从核酸的5’端逐个水解下5’核苷酸 牛脾磷酸二酯酶从核酸的3’端逐个水解下3’核苷酸
9
蛇毒磷酸二酯酶从核酸的5’端逐个水解下5’核苷酸,称为核酸5’ 外切酶,水解3’-OH形成的酯键。 牛脾磷酸二酯酶从核酸的3’端逐个水解下3’核苷酸,称为核酸3’ 外切酶,水解5’-OH形成的酯键。 10
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