核酸的理化性质

一般性质

状态

• 无色晶体或者粉末
• DNA为白色纤维状固体
• RNA为白色粉末

分子大小

• 核苷酸分子量：1bp≈618D
• DNA和RNA皆是高分子量物质，DNA为线性，分子极不对称

黏度

• DNA分子黏度比RNA大得多
• 变性DNA黏度下降
• 黏度大小：线性分子>不规则线团>球形分子

溶解度

• DNA、RNA微溶于水，不溶于一般有机溶剂
• 核酸钠盐比游离酸更易溶于水

特殊颜色反应

地衣酚法定性、定量检测RNA

二苯胺法定性、定量鉴定DNA

核酸的溴化乙锭（EB）染色

EB是一种荧光染料，可插入核酸相邻碱基对之间，在紫外灯下，结合EB的核酸呈橙红色荧光

旋光性

核酸分子高度不对称，具旋光性

核酸变性，比旋值下降

核酸的水解

酸水解

对酸的敏感性：

• 糖苷键>磷酸酯键
• 嘌呤（C1-N9）糖苷键>嘧啶（C1-N1）糖苷键
• 脱氧核糖>核酸

碱水解

RNA可被碱水解为核苷酸

DNA对碱有一定的抗性

酶水解

磷酸二酯酶（非特异性水解核酸）

• 蛇毒磷酸二酯酶：产物为5’-核苷酸
• 牛脾磷酸二脂酶：产物为3’-核苷酸

核酸酶（特异性水解核酸）

根据作用方式

• 核酸内切酶
• 核酸外切酶

根据底物

• 核糖核酸酶：牛胰核糖核酸酶（RNase I）
• 脱氧核糖核酸酶
  • 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNase I）
  • 牛脾脱氧核糖核酸酶（DNase II）限制性核酸内切酶

核酸的酸碱性质

• 核苷酸含有磷酸基团和碱基，是两性电解质，在pI处，核苷酸以兼性离子存在
• DNA和RNA也是两性电解质

多核苷酸等电点

• 核酸的磷酸基具有酸性碱基具有碱性，因此核酸具有两性电离的性质，但核酸中磷酸基的酸性大于碱基的碱性，其等电点偏酸性
• DNA的pI约为4~5,RNA的pI约为2.0~2.5，在pH7~8电泳时泳向正极

核酸的紫外吸收

嘌呤碱、嘧啶碱存在共轭双键，所以碱基、核苷、核苷酸、核酸在240-290nm处有强烈的紫外吸收，最大吸收峰在260nm

应用

1. 定性定量鉴定各种核苷酸

2. 核酸纯度鉴定

   1. 纯DNA： $A_{260}/A_{280}>1.8$
   2. 纯RNA： $A_{260}/A_{280}=2.0$

3. 核酸定量鉴定

   

核酸变形程度的鉴定

Q：单链多核苷酸的 $A_{260}$ 比双螺旋结构多核苷酸的 $A_{260}$ 高

A：双螺旋结构使碱基对的电子云重叠，减少光吸收

增色效应：核酸分子加热变性后，在260nm处的紫外吸收会急剧增加的现象

减色效应：加热变性后的核酸分子，在退火的条件下发生复性时，在260nm处的紫外吸收会减少的现象

核酸的变性、复性与杂交

变性

定义：高温、酸、碱及某些变性剂（如尿素）能破坏核酸中的氢键，使有规律的双螺旋结构变成单链的、无规律的线团

• 变性不涉及共价键的断裂
• 变性后，核酸紫外吸收增加，黏度、比旋下降，生物活性部分或全部丧失

热变性

• 熔点，溶解温度， $T_m$：

  加热变性使DNA双螺旋结构失去一半时的温度，一般在82-95°C之间

$T_m$ 值与以下因素有关

1. DNA的均一性
2. G-C含量
3. 介质的离子强度
4. 有机溶剂（如乙醇可以降低DNA的 $T_m$，因为有机溶剂可以降低分子内部的疏水相互作用强度）
5. 甲酰胺可以促进变性

复性

定义：在一定条件下，变性DNA两条彼此分开的单链重新缔合成双螺旋结构

热变性DNA在缓慢冷却时，可以复性，此过程称为退火

复性的速度可用 $C_0{t}_{1/2}$ 表示：

• $C_0$：变性DNA复性时的初始浓度
• $t$：时间

杂交

定义：相同或不同来源的两条单链DNA分子，或单链与RNA分子，如果在某些区域具互补序列，则复性时根据碱基互补原则，可形成DNA-DNA或DNA-RNA杂交分子

分子杂交的种类

• Southern Blot：DNA-DNA杂交
• Northern Blot：DNA-RNA杂交
• Western Blot：抗原抗体杂交
• 原位杂交：在活体组织上进行杂交，显出荧光