Rasm Turli dnk molekulalari orasidagi gibridlanish

DNK termodinamiği

Ikki zanjirli yoki bir zanjirli DNKning erish nuqtasini hisoblash uchun bugungi kunda eng keng tarqalgan usul ikki bosqichli termodinamik modelga asoslangan. Ikkita to'ldiruvchi DNK molekulalari A va B, bir-biri bilan bog'langan yoki eritmada erkin ("tasodifiy sariq holati"). Odatda A va B molekulalari bir-birini to‘liq to‘ldiruvchi deb hisoblanadi, shuning uchun ularning gibridlanishi aniq va dupleksda bir yoki bir nechta komplementarlik xatolariga yo‘l qo‘yiladi, shu jumladan qo‘shimcha bo‘lmagan G-G, G-T va G-A juftliklari (chayqalish juftlari). Faqat bitta molekula bo'lsa, u halqa tuzilishiga o'ralgan deb taxmin qilinadi. Dupleks gibridlanish jarayoni quyidagi formula bilan tavsiflanadi:
bu erda A va B eritmadagi turli davrlar ("tasodifiy lasan holati"), AB esa hosil bo'lgan dupleksdir. Bu reaktsiya teskari. Muvozanat konstantasi k, bu reaksiya uchun quyidagicha aniqlanadi:.
Muvozanat konstantasi zanjirlar konsentratsiyasiga, haroratga, tuz konsentratsiyasiga, pH va reaksiyadagi boshqa komponentlarga (masalan, glitserin yoki DMSO) bog'liq. Doimiy K bir yoki ikkala zanjirning (va / yoki) konsentratsiyasining o'zgarishiga javoban o'zgaradi, keyin butun tizim o'zgarishlarga javob beradi va keyin individual konsentratsiyalar [A], [B] ham o'zgaradi. Misol uchun, agar tizimda A zanjiri ko'proq bo'lsa, u holda konsentratsiya ortadi. Faraz qilaylik, muvozanat konstantasi 1,81x10 6 va zanjirlar konsentratsiyasi = = 10 -5 M:
k ni hisoblash uchun formulalardagi komponentlarni almashtiramiz:
Qayta tartibga solishdan keyin biz quyidagilarni olamiz:
Misol uchun, bu formulada almashtiring = 7,91x10 -6 M keyin zanjirlar konsentratsiyasi [A] = [B] = 2,09x10 -6 M bo'ladi. Ya'ni, zanjirlarning faqat 79% duplekslanadi.
Harorat o'zgarganda muvozanat konstantalarini aniqlash mumkinmi? Bu bizga erkin energiya (dG), entalpiya (dH) va entropiya (dS) kabi muhim termodinamik parametrlarni tushunishga olib keladi. Erkin energiya, entalpiya va entropiyaning o'zgarishi "harorat T gibridlanishi" dan tartibsiz, tasodifiy holatga o'tish jarayonida sodir bo'ladi. Bu nisbatlar dG = dH - TdS formulasi bilan aniqlanadi (zanjirlar konsentratsiyasi [A] = [B] = = 1M uchun), keyin Gibbsning erkin energiyasini hisoblash uchun ideal formula:
bu erda T - kelvindagi harorat, dH ° (kal / mol) va dS ° (kal / mol K).
Kimyoviy reaksiya davomida Gibbsning erkin energiyasining oʻzgarishini uning muvozanat konstantasi bilan bogʻlovchi foydali bogʻliqlik mavjud:
bu erda R universal gaz doimiysi (1,987kal / mol K).
Ikkala formulani birlashtirib, biz quyidagilarni olamiz:
Erish nuqtasi (T m) muvozanat holatida, zanjirlarning yarmi bir-biriga bog'langan va ikkinchi yarmi erkin holatda bo'lganda aniqlanadi, ya'ni k = 1:
Oddiy halqa uchun erish nuqtasi quyidagicha hisoblanadi. DNK dupleksi uchun har bir ipning kontsentratsiyasini hisobga olish kerak (molda, M). Shunday qilib, agar [A] va [B] A va B molekulalarining konsentratsiyasi bo'lsa, unda zanjirlarning umumiy konsentratsiyasi, C ularning yig'indisiga teng, [A] + [B].
Ikkala zanjirning konsentratsiyasi bir xil [A] = [B] = C / 2 deb taxmin qilinadi. Unday bo `lsa,
Bu erda f = 4. O'z-o'zini to'ldiruvchi oligonukleotid uchun = C va keyin f = 1. Bu erish nuqtasi faqat molekulalarning yarmi bir-biriga bog'langan holatda aniqlanadi.
O'z-o'zini to'ldiruvchi oligonukleotid uchun k = 1 / shuning uchun:
Qo'shimcha bo'lmagan dupleks uchun, ≥, k = 1 / (- / 2) bo'lganda, Tm quyidagicha hisoblanadi:
bu erda ustun bo'lgan ipning molyar konsentratsiyasi (odatda PCR primeri) va [Bt] - past konsentratsiyali zanjirning molyar konsentratsiyasi (genomik DNK).