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).
Do'stlaringiz bilan baham: |