核酸的理化性质《玩转太极拳之二十四式》作者龙殿法的生物化学笔记
一、核酸具有强烈的紫外吸收
嘌呤和嘧啶是含有共轭双键的杂环分子。因此，碱基、核苷、核苷酸和核酸在紫外波段都有较强烈的吸收。在中性条件下，它们的最大吸收值在260nm附近。根据260nm处的吸光度，可以判断出溶液中的DNA或RNA的含量。实验中常以A260=1.0对应于50μg/ml双链DNA，或40μg /ml单链DNA或者RNA，或20μg/ml寡核苷酸为标准定量溶液中的核酸含量。利用260nm与280nm的吸光度比值还可以判断从生物样品中提取的核酸样品的纯度。DNA纯品的A260/A260的比值应为1.8；而RNA纯品的A260 /A260。的比值应为2.0。
核酸为多元酸，具有较强的酸性。DNA和RNA都是线性高分子，因此它们溶液的黏滞度极大，但是，RNA的长度远小于DNA，含有RNA的溶液的黏滞度也小得多。DNA大分子在机械力的作用下易发生断裂，因此在提取基因组DNA时应该格外小心，避免破坏基因组DNA的完整性。
溶液中的核酸分子在引力场中可以沉淀。在超速离心形成的引力场中，不同构象的核酸分子的沉降速率有很大差异。这是超速离心法提取和纯化不同构象核酸的理论基础。
二、DNA变性是一条DNA双链解离为两条DNA单链的过程
某些极端的理化条件（温度、PH、离子强度等）可以断裂DNA双链互补碱基对之间的氢键以及破坏碱基堆积力，使一条DNA双链解离成为两条单链。这种现象称为DNA变性。虽然DNA变性破坏了DNA的空间结构，但是没有改变DNA的核苷酸序列0
在DNA解链过程中，有更多的包埋在双螺旋结构内部的碱基得以暴露，因此含有DNA的溶液在260nm处的吸光度随之增加。这种现象称为DNA的增色效应o监测DNA在260nm吸光度的变化是判断DNA双链是否发生变性的一个常用的方法。在实验室条件下，使DNA变性的最简单和最直接的方法是加热。如果以温度相对于A260值作图，所得的曲线称为DNA解链曲线。从曲线中可以看出，随着温度的升高，A260缓慢上升，表明DNA双链开始解链。当接近某个温度时，A260发生了急剧的增加，并到达饱和，表明一条DNA双链解离成了两条DNA单链。解链后，温度的进一步升高并没有导致A260发生太大的变化。解链曲线显示解链过程是在一个相对较窄的温度范围内完成的。在解链曲线上，紫外吸光度的变化达到最大变化值的一半时所对应的温度被定义为DNA的解链温度。在此温度时，50%的DNA双链解离成为了单链。DNA的Tm值与DNA长短以及碱基的GC含量相关。GC的含量越高，Tm值越高;离子强度越高，Tm值也越高。Tm值可以根据DNA的长度、GC含量以及离子浓度来简单地估算岀来。其中G、C、A和T是寡核苷酸片段中所含有的碱基个数。
三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链
把变性条件缓慢地除去后，两条解离的DNA互补链可重新互补配对形成DNA双链，恢复原来的双螺旋结构。这一现象称为复性。例如，热变性的DNA经缓慢冷却后可以复性，这一过程也称为退火o但是，将热变性的DNA迅速冷却至4℃时，两条解离的互补链还来不及形成双链，所以DNA不能发生复性。这一特性被用来保持解链后的DNA单链处在变性状态。
如果将不同种类的DNA单链或RNA单链混合在同一溶液中，只要这两种核酸单链之间存在着一定程度的碱基互补关系，它们就有可能形成杂化双链。这种双链可以在两条不同的DNA单链之间形成，也可以在两条RNA单链之间形成，甚至还可以在一条DNA单链和一条RNA单链之间形成。这种现象称为核酸分子杂交o核酸分子杂交是一项被广泛地应用在分子生物学和医学中的技术，Southern印迹、Northern印迹、斑点印迹、原位杂交、PCR扩增、基因芯片等核酸检测方法都利用了核酸分子杂交的原理。这一技术被广泛地用来研究DNA片段在基因组中的定位、鉴定核酸分子间的序列相似性、检测靶基因在待检样品中存在与否等。
总结
核酸有DNA和RNA之分，它们是由脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸为基本单位，通过3'，5'-磷酸二酯键聚合而成的生物信息大分子。
DNA的一级结构是脱氧核糖核苷酸的排列顺序。DNA携带的遗传信息来自于碱基排列的方式。DNA是由两条反向平行的多聚核苷酸链组成，其二级结构是双螺旋。两条链上的碱基满足互补关系，即腺嘌呤与胸腺嘧啶形成两对氢键的碱基对；鸟嘌呤与胞嘧啶形成三对氢键的碱基对。具有双螺旋结构的DNA在细胞内还将进一步折叠成为超螺旋结构。DNA的生物功能是作为生物遗传信息复制的模板和基因转录的模板。
RNA—般是DNA的转录产物。编码RNA是指mRNA，它是细胞质中蛋白质合成的模板。真核细胞核中的hnRNA经过一系列的修饰后成为成熟的mRNA。真核成熟mRNA含有5'-帽结构、编码区和3'-多聚尾结构。mRNA编码区中的每3个核苷酸构成了一个密码子，决定了新生多肽链上的一个氨基酸。
非编码RNA主要有tRNA、rRNA和一些参与RNA剪接和修饰的小RNA。tRNA在蛋白质合成过程中作为氨基酸的载体，为新生多肽链提供合成底物。mRNA密码子与tRNA的反密码子通过碱基互补关系相互识别。rRNA与核糖体蛋白共同构成了核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所。核糖体为mRNA、tRNA和肽链合成所需要的多种蛋白质因子提供结合位点和相互作用所需要空间环境。它们的主要生物学功能是参与基因表达调控。
核酸有紫外吸收的特性，其最大吸收峰在260nm。核酸在酸、碱或加热情况下可发生变性，即一条双链解离成为两条单链。在适当的条件下，热变性的两条互补单链可以重新结合成为双链，这称为复性。基于核酸变性和复性的核酸分子杂交是一种分子生物学常用技术。核酸可被酸和碱水解，还可以被细胞内各种特异的或非特异的核酸酶水解。