DNA-化学合成

目前，一般DNA合成都采用固相亚磷酰胺三酯法合成DNA片段，此方法具有高效、快速偶联等优点，已在DNA化学合成中广泛使用。

DNA化学合成不同于酶促的DNA合成过程从5'→3'方向延伸，而是由3'端开始。具体的反应步骤如下：

一、脱保护基(Deblocking) 用三氯乙酸(Trichloroacetic Acid，TCA)脱去连结在

CPG(Controlled Pore Glass)上的核苷酸的保护基团DMT(二甲氧基三苯甲基)，获得游离的5'-羟基端，以供下一步缩合反应。

二、活化(Activation) 将亚磷酰胺保护的核苷酸单体与四氮唑活化剂混合并进入合成柱，形成亚磷酰胺四唑活性中间体(其3'-端已被活化，但5'-端仍受DMT保护)，此中间体将与GPG 上的已脱保护基的核苷酸发生缩合反应。

三、连接(Coupling) 亚磷酰胺四唑活性中间体遇到CPG上已脱保护基的核苷酸时，将与其5'-羟基发生亲合反应，缩合并脱去四唑，此时合成的寡核苷酸链向前延长一个碱基。

四、封闭(Capping) 缩合反应后为了防止连在CPG上的未参与反应的5'-羟基在随后的循环反应中被延伸，常通过乙酰化来封闭此端羟基，一般乙酰化试剂是用乙酸酐和N-甲基咪唑等混合形成的。

五、氧化(Oxidation) 缩合反应时核苷酸单体是通过亚磷酯键与连在CPG上的寡核苷酸连接，而亚磷酯键不稳定，易被酸、碱水解，此时常用碘的四氢呋喃溶液将亚磷酰转化为磷酸三酯，得到稳定的寡核苷酸。经过以上五个步骤后，一个脱氧核苷酸就被连到CPG的核苷酸上，同样再用三氯乙酸脱去新连上的脱氧核苷酸5'-羟基上的保护基团DMT后，重复以上的活化、连接、封闭、氧化过程即可得到一DNA片段粗品。最后对其进行切割、脱保护基(一般对A、C碱基采用苯甲酰基保护；G碱基用异丁酰基保护；T碱基不必保护；亚磷酸用腈乙基保护)、纯化(常用的有HAP，PAGE，HPLC，C18，OPC等方法)、定量等合成后处理即可得到符合实验要求的寡核苷酸片段。固相合成Oligo是在DNA合成仪上进行的,上述方法合成的Oligo在脱去保护基后,目的Oligo纯度是极低的,含有大量的杂质,主要杂质有所脱下的保护基与氨形成的苯甲酸氨和异丁酸氨，腈磷基上脱下的腈乙基以及合成时产生的短链等,以至于粗产品中Oligo含量仅为15%左右。尽管合成时每一步的效率都在97%～98%,但累积的效率并不高。以链长20mer和50mer为例，(97.5%)20≈60%、(97.5%)50≈28%,可见在粗产品中目的Oligo含量很低，甚至10%都不到。这些杂质,尤其是存在于粗产品中的大量盐和短链,不但造成定量不准,影响下一步的反应,因此必须对Oligo进行纯化。建议采用聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)纯化,该方法纯化的产品纯度高,可用于绝大部份的分子生物学实验,可避免许多意想不到的麻烦。若考虑节约经费,对于要求较低的实验,如简单的PCR 反应,则采用脱盐纯化即可。 Oligo DNA是以OD260值来计量的。在1ml的1cm光程标准石英比色皿中,260nm波长下吸光度为1的Oligo溶液定义为1 OD260。虽然对于每种特定的寡核苷酸来说,其碱基的组成不尽相同, 但1 260 OD Oligo DNA的重量约为33mg，每个碱基的平均分子量约为330 Da。

DNA 化学合成原理

我们采用固相亚磷酰胺三酯法合成 DNA 片段，它具有高效、快速的偶联以及起始反应物稳定的特点。亚磷酰胺三酯法是将 DNA 固定在固相载体上完成 DNA 链的合成的，DNA化学合成不同于酶促的DNA合成过程从5'→3'方向延伸，合成的方向是由待合成引物的 3' 端向 5' 端合成的，相邻的核苷酸通过3' → 5' 磷酸二酯键连接，具体反应步骤如下：

第一步：将预先连接在固相载体 CPG 上的活性基团被保护的核苷酸与三氯乙酸反应，脱去其 5'- 羟基的保护基团 DMT ，获得游离的 5'- 羟基。

第二步：亚磷酰胺保护的核苷酸单体，与活化剂四氮唑混合，得到核苷亚磷酸活化中间体，它的 3' 端被活化，与 CPG 载体上连接碱基的 5'- 羟基发生缩合反应。

第三步：带帽 (capping) 反应，缩合反应中会有少量 5'- 羟基没有参加反应，用乙酸酐和 1- 甲基咪唑封闭 5'- 羟基，使其不能再继续发生反应，这种短片段在纯化时可以分离去除。

第四步：在氧化剂碘的作用下，亚磷酰形式转变为更稳定的磷酸三酯。

经过以上四个步骤，一个脱氧核苷酸被连接到固相载体的核苷酸上。再以三氯乙酸脱去它的 5'- 羟基上的保护基团 DMT ，重复以上步骤，直到所有要求合成的碱基被接上去。

合成反应原理图示如下：