[생물 임용 노트]핵산 - 5) 핵산의 화학적 성질 : 변성

변성

열과 극단의 pH는 DNA에서 이중 나선의 융해(melting) 또는 변성(denaturation)을 일으킨다. 이때 염기쌍의 수소 결합이 풀려 두 가닥의 DNA 사슬이 완전히 혹은 부분적으로 분리된 상태가 된다. 하지만 DNA를 구성하는 공유 결합을 끊어지지 않는다.

융해 온도(T_m)

열을 가해 DNA를 변성시킬 때 DNA의 절반이 변성되었을 때의 온도를 융해온도(Tm)라고 한다.

 

일반적으로,

DNA의 길이가 길 수록 결합력이 강해져 T_m이 높아진다.

DNA를 구성한 G-C 비율이 높을수록 결합력이 강해져 T_m이 높아진다.

조건에 따른 융해온도 변화 (좌) DNA, DNA-RNA hybrid 비교 (우) GC 비율에 따른 비교

DNA 변성 요인

DNA 변성 요인에는 고온, 극단의 pH, 낮은 염농도, 디메틸 황산, 요소(urea), 포름 아마이드, helicase 등이 있다.

 

1. 높은 pH는 양성자를 제거해 수소 결합을 방해하여 T_m이 낮아진다.

2. NaCl 첨가 시 인산기의 음전하를 안정시켜 반발력을 낮춰주기에 T_m이 높아진다.

3. 소수성 상호작용을 억제하면 염기 3차 구조의 안정성이 낮아져 T_m이 낮아진다.

변성의 측정

• 흡광도 감소 효과(hypochromic effect)로 측정한다.
• 핵산 내 쌓여있는 염기 사이의 밀접한 상호작용으로 염기 사슬이 같은 농도의 유리 뉴클레오타이드보다 상대적으로 자외선 흡광도 낮다.
• 흡광도는 유리 뉴클레오타이드 > 단일 가닥 > 이중 나선 순이다.
• 260nm의 빛을 조사하여 흡광도를 측정하면 변성 정도를 알 수 있다.
• 260nm에서의 흡광도를 A₂₆₀이라고 하며, 변성시 A₂₆₀ 값이 커진다.

열에 대한 안정성은 RNA 이중가닥 > RNA-DNA hydrid > DNA 이중가닥 순이다.

A₂₆₀ 값은 6~8 ℃ 정도로 비교적 좁은 범위에서 값이 증가한다. 초기값보다 37% 이상 증가한다.