基因診斷與性病/核酸的理化性質(zhì)

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基因診斷與性傳播疾病

基因診斷與性傳播疾病
- 基因診斷的分子生物學(xué)基礎(chǔ)
  - DNA及RNA的化學(xué)組成
  - DNA分子結(jié)構(gòu)
  - RNA分子結(jié)構(gòu)
  - 核酸的理化性質(zhì)
  - DNA的復(fù)制

天然DNA 分子的長度可達(dá)幾厘米，而分子直徑只有2nm。如此細(xì)絲狀的雙螺旋結(jié)構(gòu)使DNA分子具有一系列理化特性。如粘度極大，在外力作用下易斷裂等。

（一）核酸的分子大小與粘度

天然DNA的分子量極大，例如，果蠅巨染色體只有一線形DNA，長達(dá)四厘米，分子量約為8×102道爾頓。高分子溶液的粘度比一般溶液的粘度要大得多，不規(guī)則團(tuán)分子比球狀分子的粘度要大，而線形分子的粘度更大。因此在溶液中呈線形分子的DNA，即使是極稀的溶液，也具有極大的粘度。RNA溶液的粘度要小得多。當(dāng)核酸溶液在某些理化因素作用下發(fā)生變性，使螺旋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€團(tuán)時，粘度降低。所以可用粘度作為DNA變性的指標(biāo)。

（二）核酸的紫外吸收

嘌呤堿、嘧啶堿以及由它們參與組成的核苷，核苷酸及核酸對紫外光都有強(qiáng)烈的吸收作用。它們吸收紫外光的共同特點是在260nm處為最大吸收值。而由芳香族氨基酸參與組成的蛋白質(zhì)最大吸收值在280nm處。利用這一特性，可以鑒別核酸樣品作為雜質(zhì)的蛋白質(zhì)含量。

（三）核酸的變性、復(fù)性與雜交

1．核酸變性

核酸變性是指核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，氫鍵斷裂，但并不涉及核苷酸間磷酸二酯鍵的斷裂。若磷酸二酯鍵的斷裂稱為降解，核酸降解時，核酸分子量降低。而核酸的變性并不引起核酸分子量的變化。

引起核酸變性的因素很多。由于溫度升高而引起的變性稱熱變性。如將DNA的稀鹽溶液加熱到50℃以上幾分鐘，雙螺旋結(jié)構(gòu)即破壞，氫鍵斷裂，DNA分子的兩條鏈彼此分離，形成無規(guī)則線團(tuán)。變性后的DNA，由于結(jié)構(gòu)上的變化，因而發(fā)生了一系列理化性質(zhì)的改變，如260nm處紫外吸收值升高（稱增色效應(yīng)），粘度降低以及生物學(xué)活性喪失等。能使50%DNA分子發(fā)生變性的溫度稱為變性溫度（Melting temperature，Tm）Tm一般為70~85℃。Tm值與分子中G-C含量有關(guān)，即G-C配對數(shù)愈多，則Tm值愈高，反之愈低。由于溶液酸堿度的改變而引起的變性稱酸堿變性。對DNA分子來說，堿基對在pH4.0~11.0之間最為穩(wěn)定,超此范圍,可引起DNA分子酸堿變性。乙酸、丙酮等有機(jī)溶液及尿素也可引起核酸的變性。

2．核酸復(fù)性

變性DNA在適當(dāng)條件下，又可使兩條彼此分離的鏈重新締合而形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一過程稱為復(fù)性或退火。復(fù)性后的DNA可基本恢復(fù)一系列的理化性質(zhì)，生物學(xué)活性也可得到部分恢復(fù)。

變性核酸的復(fù)性是有條件的。如將熱變性的DNA溶液驟然冷低溫，DNA不可能復(fù)性。只有緩慢地將它冷卻時，DNA才有可能復(fù)性。另外，變性DNA片段越大，則復(fù)性越慢。變性DNA濃度越大則越易復(fù)性。

3．核酸雜交

不同來源的DNA加熱變性后，只要兩條多核苷酸鏈的堿基有一定數(shù)量能彼此互補(bǔ)，就可以經(jīng)退火處理復(fù)性現(xiàn)象，形成新的雜交體雙螺旋結(jié)構(gòu)，這種依據(jù)相應(yīng)堿基配對而使不完全互補(bǔ)的兩條鏈相互結(jié)合稱為分子雜交。因此分子雜交的基礎(chǔ)是DNA的變性與互補(bǔ)，也可以雜交形成新的雙螺旋結(jié)構(gòu)。目前雜交技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于核酸結(jié)構(gòu)與功能的研究。將已知的特定基因（如先天性遺傳疾病的某些特定基因）用同位素標(biāo)記，制備成基因探針，利用分子雜交技術(shù)，基因探針可與同源序列互補(bǔ)形成雜交體，因此可用檢測組織細(xì)胞內(nèi)有無特定基因或DNA片段，如臨床上已應(yīng)用于產(chǎn)前診斷遺傳性疾病。