備課素材：DNA的變性和復(fù)性-高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

DNA的變性和復(fù)性高中生物學(xué)選擇性必修三提到，DNA擴(kuò)增每一次循環(huán)一般可分為變性、復(fù)性和延伸三步：那么，DNA如何變性和復(fù)性？影響因素有哪些？蛋白質(zhì)和DNA都是生物大分子，都有空間結(jié)構(gòu)，但兩者之間還是有一定的區(qū)別，如蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)多種多樣，而雙鏈DNA的空間結(jié)構(gòu)都是雙螺旋結(jié)構(gòu)，并沒有表現(xiàn)出DNA空間結(jié)構(gòu)的多樣性。同樣，蛋白質(zhì)的變性和DNA的變性也有很大區(qū)別。1.DNA的變性DNA雙鏈之間以氫鍵連接，氫鍵是一種次級鍵，能量較低，易受破壞，在某些理化因素作用下，DNA分子互補(bǔ)堿基對之間的氫鍵斷裂，使DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)松散,變成單鏈，即為DNA變性。DNA變性只涉及二級結(jié)構(gòu)改變,不伴隨一級共價(jià)鍵的斷裂。加熱、低鹽及強(qiáng)酸、強(qiáng)堿均可使DNA變性。NA的變性從開始到解鏈完全，是在一個(gè)相當(dāng)窄的溫度內(nèi)完成的，在這一范圍內(nèi)，紫外光吸收值增加達(dá)到最大增加值的50％時(shí)的溫度叫做DNA的解鏈溫度（Tm）。一種DNA分子的Tm值的大小與其所含堿基中的G＋C的比例相關(guān)也與DNA分子大小及變性條件有關(guān)，G+C的比例越高，DNA分子越長，溶液離子強(qiáng)度越高,Tm值越大。Tm不僅與DNA本身性質(zhì)有關(guān)，而且與溶液的條件有關(guān)，通常溶液的離子強(qiáng)度較低時(shí)，Tm值較低，融點(diǎn)范圍也較寬，離子強(qiáng)度增高時(shí)，Tm值較高，融點(diǎn)范圍也變窄。因此，DNA制劑不應(yīng)保存在離子強(qiáng)度過低的溶液中，一般保存在1mol/lNaCl溶液中較穩(wěn)定。那么為什么離子強(qiáng)度越強(qiáng)，DNA解鏈溫度越高？穩(wěn)定DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要因素就是堿基堆積力(比氫鍵更重要)，堿基層層堆積，內(nèi)部形成疏水核心。離子強(qiáng)度高，即溶液極性大，堿基對的疏水作用力會增加，堿基堆積力更大，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。此外，離子強(qiáng)度高，也可以降低DNA骨架上磷酸負(fù)離子的排斥作用，結(jié)構(gòu)會更穩(wěn)定。2.DNA的復(fù)性變性DNA在適當(dāng)條件下，兩條互補(bǔ)鏈可重新恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這種現(xiàn)象稱為復(fù)性。熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，并維持在比Tm低25～30℃左右時(shí)，變性后的單鏈DNA即可恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)，因此這一過程也叫退火，一般認(rèn)為，比Tm值低25℃的溫度是DNA復(fù)性的最佳條件。DNA復(fù)性的實(shí)際應(yīng)用——分子雜交：通過變性DNA的復(fù)性性質(zhì)，我們可知道，DNA單鏈之間、RNA單鏈之間、一條DNA和一條RNA鏈之間只要存在序列互補(bǔ)配對區(qū)域，不管是整條鏈互補(bǔ)，還是部分序列互補(bǔ)，即可重新形成整條雙鏈或部分雙鏈，這即為核酸分子雜交，這在分子生物學(xué)研究中有極大的應(yīng)用，如可用于在基因組中對特異基因的定位及檢測，PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因等。例、在一定溫度下，DNA雙鏈會解鏈成單鏈，即發(fā)生DNA變性。Tm是DNA的雙螺旋有一半發(fā)生熱變性時(shí)相應(yīng)的溫度。如圖表示DNA分子中的G-C含量與DNA的Tm之間的關(guān)系曲線（EDTA對DNA分子具有保護(hù)作用），下列敘述中錯誤的是（）A.DNA的Tm值受到G-C含量的影響B(tài).DNA的Tm值受到離子濃度的影響C.雙鏈DNA熱變性與解旋酶的催化作用有關(guān)D.雙鏈DNA熱變性后不改變其中的遺傳信息解析：分析曲線圖：DNA分子中的G-C含量越高，Tm（DNA的雙螺旋有一半發(fā)生熱變性時(shí)相應(yīng)的溫度）越高，兩者呈正相關(guān)；0.15MNaCl所在的曲線比0.01MNaCl所在的曲線高，說明DNA的Tm值受到NaCl濃度的影響，題干和題圖均沒有涉及到解旋酶。DNA分子中的G-C含量越高，Tm越高，說明DNA的Tm值受到G-C含量的影響，A正確；0.15MNaCl所在的曲線與0.01MNaCl所在的曲線不重疊，說明DNA的Tm