基因診斷與性病/核酸的理化性質

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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基礎
  - DNA及RNA的化學組成
  - DNA分子結構
  - RNA分子結構
  - 核酸的理化性質
  - DNA的復制

天然DNA 分子的長度可達幾厘米，而分子直徑只有2nm。如此細絲狀的雙螺旋結構使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，不規則團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。當核酸溶液在某些理化因素作用下發生變性，使螺旋結構轉變為線團時，粘度降低。所以可用粘度作為DNA變性的指標。

（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的蛋白質含量。

（三）核酸的變性、復性與雜交

1．核酸變性

核酸變性是指核酸雙螺旋結構解開，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，雙螺旋結構即破壞，氫鍵斷裂，DNA分子的兩條鏈彼此分離，形成無規則線團。變性后的DNA，由于結構上的變化，因而發生了一系列理化性質的改變，如260nm處紫外吸收值升高（稱增色效應），粘度降低以及生物學活性喪失等。能使50%DNA分子發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，即G-C配對數愈多，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之間最為穩定,超此范圍,可引起DNA分子酸堿變性。乙酸、丙酮等有機溶液及尿素也可引起核酸的變性。

2．核酸復性

變性DNA在適當條件下，又可使兩條彼此分離的鏈重新締合而形成雙螺旋結構，這一過程稱為復性或退火。復性后的DNA可基本恢復一系列的理化性質，生物學活性也可得到部分恢復。

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

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量能彼此互補，就可以經退火處理復性現象，形成新的雜交體雙螺旋結構，這種依據相應堿基配對而使不完全互補的兩條鏈相互結合稱為分子雜交。因此分子雜交的基礎是DNA的變性與互補，也可以雜交形成新的雙螺旋結構。目前雜交技術已廣泛地應用于核酸結構與功能的研究。將已知的特定基因（如先天性遺傳疾病的某些特定基因）用同位素標記，制備成基因探針，利用分子雜交技術，基因探針可與同源序列互補形成雜交體，因此可用檢測組織細胞內有無特定基因或DNA片段，如臨床上已應用于產前診斷遺傳性疾病。