第三节 核酸的理化性质
一、核酸的一般性质
核酸是极性化合物，微溶于水，不溶于乙醇、乙醚、三氯甲烷等有机溶剂。核酸分子中含有碱性的碱基和酸性的磷酸基，因此核酸是两性电解质，但具有较强的酸性。磷酸残基可解离成多阴离子状态，多阴离子状态的核酸可与金属离子或碱性蛋白结合成盐，核酸盐的溶解度比游离酸的溶解度大得多。DNA和RNA均为线性大分子，有极高的黏度，RNA分子远小于DNA，因而RNA的黏度也比DNA小得多。
二、核酸的紫外吸收性质
由于嘌呤及嘧啶杂环上有共轭双键，使核酸在250～280nm紫外波段具有强烈的吸收，最大吸收峰在260nm处。利用这一特性，可以对核酸进行定量测定。
三、DNA的变性、复性与杂交
（一）DNA变性
DNA变性（DNA denaturation）是指在某些理化因素的作用下，DNA分子互补碱基对之间的氢键断裂，双链解离为单链的过程。这一过程不伴有共价键的断裂，核酸的一级结构没有破坏。引起DNA变性的因素很多，如加热、有机溶剂、酸、碱、尿素等。
核酸在变性时，由于碱基更多的暴露，260nm的光密度值显著升高，此现象称为增色效应。
双链DNA热变性是在很窄的温度范围内发生的，呈爆发式。通常将DNA分子解链达50%时的温度称为“熔点”或解链温度，用Tm表示。DNA的Tm通常在82～95℃。常用260nm的紫外吸收值的变化监测不同温度下DNA的变性情况，所得的曲线称为解链曲线（图3-11）。
图3-11 DNA解链曲线
DNA的Tm值主要受DNA的长度和GC含量的影响：分子越大，Tm值越高；GC含量越高，Tm值越高。
（二）DNA复性
核酸的变性在一定条件下是可逆的。去除变性因素，解开的互补单链恢复到天然双螺旋结构的现象称为复性（renaturation）。热变性DNA一般经缓慢冷却后即可复性，此过程被称为退火（annexing）。若热变性后的DNA，温度突然急剧下降到4℃以下，则不发生复性。可利用这一性质保存变性后的DNA。伴随着DNA复性，其紫外吸收值降低，黏度增加，同时恢复生物活性。
（三）核酸杂交
若将不同来源的DNA单链或RNA单链放在同一溶液中进行复性，只要不同单链间存在着一定程度的碱基配对关系，就可以形成杂化的双链。这种杂化双链可以在不同来源的DNA单链间形成，也可以在RNA单链间形成，甚至可以在DNA单链和RNA单链之间形成，这种现象称为核酸杂交（hybridization）（图3-12）。
图3-12 核酸分子杂交原理示意图
核酸杂交作为一项常规实验技术，广泛应用于生物化学、分子生物学和医学相关领域，用于遗传病的基因诊断、传染病病原体的检测和恶性肿瘤的基因分析等。
★ 考点提示：DNA变性、复性及杂交；核酸的紫外吸收性质
知识链接
核酸杂交的应用——印迹技术
最常用的是以硝酸纤维素膜作为载体进行杂交。英国分子生物学家E.M.Southern创立的Southern印迹法（Southern blotting）就是将凝胶电泳分离的DNA片段转移至硝酸纤维素膜上后，再进行杂交。其操作基本过程是：DNA样品酶切降解，琼脂糖凝胶电泳分离DNA片段，于NaOH中变性，转膜，再与标记的探针杂交，放射自显影，即可鉴定待分析的DNA片段。
将RNA经电泳变性后转移至纤维素膜上再进行杂交的方法，称Northern印迹法（Northern blotting）。根据抗体与抗原可以结合的原理，用类似方法也可以分析蛋白质，这种方法称Western印迹法（Western blotting）。
杂交技术可对含量极少的目的基因或蛋白进行分析，是研究核酸、蛋白质结构与功能的一个极其有用的工具。
思考题
一、名词解释
1. DNA的一级结构
2. DNA变性
3．核酸杂交
二、填空题
1．DNA水解后可得________、________、________。
2．核苷酸链中核苷酸的连接方式是________。
3．核酸的主要组成元素有______、________、________、________、________等；DNA的基本组成单位是__________、__________、__________和__________；RNA的基本组成单位是__________、__________、__________和__________。
4．真核生物成熟mRNA的5′-末端有__________，3′-末端有__________。
5．真核生物有__________、__________、__________和__________4种rRNA参与构成核糖体。
三、简答题
1．DNA分子二级结构有哪些特点？
2．简要说明tRNA二级结构的特点及其功能。
（袁海建）