DNA复性

DNA复性(renaturation)

指变性DNA在适当条件下,二条互补链全部或部分恢复到天然双螺旋结构的现象,它是变性的一种逆转过程。热变性DNA一般经缓慢冷却后即可复性,此过程称之为退火(annealing)。这一术语也用以描述杂交核酸分子的形成(见后)。DNA的复性不仅受温度影响,还受DNA自身特性等其它因素的影响:

温度和时间。一般认为比Tm低25℃左右的温度是复性的最佳条件,越远离此温度,复性速度就越慢。复性时温度下降必须是一缓慢过程,若在超过Tm的温度下迅速冷却至低温(如4℃以下),复性几乎是不可能的,核酸实验中经常以此方式保持DNA的变性(单链)状态。这说明降温时间太短以及温差大均不利于复性。

DNA浓度。溶液中DNA分子越多,相互碰撞结合的机会越大。

DNA顺序的复杂性。简单顺序的DNA分子,如多聚(A)和多聚(U)这二种单链序列复性时,互补碱基的配对较易实现。而顺序复杂的序列要实现互补,则困难得多。在核酸复性研究中,定义了一个Cot的术语,(Co为单链DNA的起始浓度,t是以秒为单位的时间),用以表示复性速度与DNA顺序复杂性的关系。在探讨DNA顺序对复性速度的影响时,将温度、溶剂离子强度、核酸片段大小等其它影响因素均予以固定,以不同程度的核酸分子重缔合部分(在时间t时的复性率)对Cot作图,可以得到所示的曲线。曲线上方为示复杂性的核酸分子的非重复碱基对数。如多聚(A)的复杂性为1,重复的(ATGC)n组成的多聚体的复杂性为4,分子长度是105核苷酸对的非重复DNA的复杂性为105.原核生物基因组均为非重复顺序,故以非重复核苷酸对表示的复杂性直接体现基因组大小,对于真核生物基因组中的非重复片段也是如此。在标准条件下(一般为0.18ml/L阳离子浓度,400核苷酸长的片段)测得的复性率达0.5时的Cot值(称Cot1/2),与核苷酸对的复杂性成正比。对于原核生物核酸分子,此值可代表基因组的大小及基因组中核苷酸对的复杂程度。真核基因组中因含有许多不同程度的重复序列(repetitive sequence),所得到的Cot曲线更为复杂。

DNA的变性和复性原理,现已在医学和生命科学上得到广泛的应用。如核酸杂交与探针技术,聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)技术等。