Основы молекулярной биологии - В.И. Резяпкин 2009

Нуклеиновые кислоты
Физико-химические свойства ДНК

Денатурация

Денатурация ДНК осуществляется при действии химических факторов (мочевина, гуанидинхлорид, кислота, щелочь) и физических факторов (температура). В результате денатурации происходит разрушение вторичной структуры ДНК. При снятии воздействия денатурирующего фактора вторичная структура ДНК может быть восстановлена. Это процесс носит название - ренатурация:

Как отмечалось выше, при высоких температурах происходит денатурация, или плавление, ДНК. Этот процесс сопровождается увеличением оптической плотности растворов ДНК при длине волны 260 нм. Данное явление получило название - гиперхромный эффект. Максимальное повышение оптической плотности раствора ДНК при полном распаде ее до мононуклеотидов при указанной длине волны приблизительно равно 80 %.

На рис. 1.5 представлен график зависимости оптической плотности раствора ДНК при длине волны 260 нм от температуры раствора. Данная зависимость носит S-образный характер и определяется составом ДНК. Молекула ДНК, состоящая только из поли-д(АТ), плавится при более низких температурах, чем молекула ДНК, состоящая из поли-д(ГЦ). Это связано с тем, что между А и Т образуются две водородные связи, а между Г и Ц - три водородные связи.

Важнейшей характеристикой ДНК является ее температура плавления, которая соответствует той температуре, при которой увеличение оптической плотности раствора ДНК равна половине максимального ее увеличения, наблюдаемого при полной денатурации ДНК. Из рис. 1.5 следует, что температура плавления ДНК, состоящей из поли-д(АТ), равна 66 °С, ДНК, состоящей из поли-д(ГЦ), - 85 °С. Природные ДНК имеют температуру плавления более 66 °С, но менее 85 °С, потому что в их состав входят все четыре азотистых основания, но в различных пропорциях у разных живых организмов. Так ДНК человека характеризуется температурой плавления, равной 81 - 82 °С, E.coli - 90,5 °С.

Рис. 1.5. Зависимость оптической плотности раствора ДНК при длине волны 260 нм от температуры раствора

При охлаждении раствора ДНК (отжиге) может происходить восстановление исходной вторичной структуры ДНК в соответствии с принципом комплементарности.

Если смесь различных молекул ДНК вначале расплавить, а затем провести их отжиг, то при наличии сходства в их первичных структурах между молекулами ДНК возможна гибридизация (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Гибридизация между различными молекулами ДНК

Чем выше сходство между молекулами ДНК, тем выше степень гибридизации. На основании результатов гибридизации между ДНК различных видов живых организмов можно судить о их родстве. Чем выше степень гибридизации, тем ближе родство между анализируемыми видами.

Гибридизация также возможна и между молекулами ДНК и РНК, при условии наличия гомологичных нуклеотидных последовательностей (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Гибридизация между ДНК и РНК