DNA變性是指雙螺旋之間氫鍵斷裂，雙螺旋解開(kāi)，形成單鏈無(wú)規(guī)則線(xiàn)團(tuán)，因而發(fā)生性質(zhì)改變（如粘度下降，沉降速度增加，浮力上升，紫外吸收增加等)，稱(chēng)為DNA變性。加熱、改變DNA溶液的pH、或受有機(jī)溶劑（如乙醇、尿素、甲酰胺及丙酰胺等)等理化因素的影響，均可使DNA變性。
通常，可利用DNA變性后波長(zhǎng)260nm處紫外吸收的變化追蹤變性過(guò)程。因?yàn)镈NA在260nm處有最大吸收值這一特征是由于含有堿基組成的緣故，在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型中堿基藏于內(nèi)側(cè)，變性時(shí)由于雙螺旋解開(kāi)，于是堿基外露，260nm紫外吸收值因而增加，這一現(xiàn)象稱(chēng)為增色效應(yīng)（hyperchromic effect)。見(jiàn)圖18-2。
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圖18-2 DNA的增色反應(yīng)
如果升高溫度使DNA變性，以溫度對(duì)紫外吸收作圖，可得到一條曲線(xiàn)，稱(chēng)為溶解曲線(xiàn)（見(jiàn)圖18-3)，由圖可見(jiàn)當(dāng)溫度升高到一定范圍時(shí)，DNA溶液在260nm處的吸光度突然明顯上升至最高值，隨后即使溫度繼續(xù)升高，其吸光度也無(wú)明顯變化。由此說(shuō)明DNA變性是在一個(gè)很窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生，增色效應(yīng)是爆發(fā)式的。從而也說(shuō)明當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，DNA雙螺旋幾乎是同時(shí)解開(kāi)的。通常人們把50%DNA分子發(fā)生變性的溫度稱(chēng)為變性溫度（即熔解曲線(xiàn)中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度)，由于這一現(xiàn)象和結(jié)晶的融解相類(lèi)似，故又稱(chēng)融點(diǎn)或融解溫度（melting temperature, Tm)。因此Tm是指消光值上升到最大消光值一半時(shí)的溫度。
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圖18-3 DNA的Tm值
綜上所述，Tm值和增色效應(yīng)是目前描述DNA特性所常用的兩個(gè)量。假定一個(gè)DNA大分子最初全部是雙螺旋結(jié)構(gòu)，在熱變性后消光系數(shù)上升30%以上；如果DNA原先局部就處于單鏈狀態(tài)（例如在分子末端)，則變性后上升較少。增色效應(yīng)的大小是DNA性質(zhì)的一個(gè)簡(jiǎn)單指標(biāo)，與分子量無(wú)關(guān)。Tm不是一個(gè)固定的數(shù)值，它與很多因素有關(guān)：pH、離子強(qiáng)度和DNA的堿基比例。隨著溶劑內(nèi)離子強(qiáng)度上升，Tm值也隨著增大。在某一離子強(qiáng)度（～10-3M)以下，無(wú)需加熱就使溶于其中的DNA出現(xiàn)不可逆變性。與A-T堿基配對(duì)比較，DNA雙螺旋內(nèi)的G-C配對(duì)更為牢固。在相同條件下，DNA內(nèi)G-C配對(duì)含量高，其Tm值也高。
假定在一個(gè)雙鏈DNA分子內(nèi)某些片段含有較多G-C堿基對(duì)，根據(jù)它們局部Tm值差，用電子顯微鏡就可以觀察和測(cè)量到這些片段，如在DNA某一片段內(nèi)含有較多的A-T堿基對(duì)，在某一個(gè)溫度時(shí)就可能出現(xiàn)雙鏈解離的現(xiàn)象。但在同一溫度下，含G-C對(duì)較多部分仍然保持雙鏈結(jié)構(gòu)。這是一種非常有用的技術(shù)。
DNA的Tm值與以下因素有關(guān)：
（1)DNA的均一性：均一DNA如病毒DNA，解鏈發(fā)生在很窄的范圍內(nèi)，而不均一的DNA如動(dòng)物細(xì)胞NDA其Tm值的范圍則較寬。
（2)DNA分子中（G+C)的含量：一定條件下DNA的Tm值，由G+C含量所決定，因?yàn)镚+C之間有3個(gè)氫鏈，因此G+C含量較高的DNA，Tm值較高，二者的關(guān)系可用以下經(jīng)驗(yàn)式表示：
%（G+C)=（Tm-63.0)×2.44
quanxiangyun.cn/shouyi/實(shí)驗(yàn)表明DNA分子中（G+C)quanxiangyun.cn/yaoshi/克分子含量百分比的大小與Tm值的高低呈直線(xiàn)關(guān)系，見(jiàn)圖18-4。
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圖18-4 DNA和Tm值與G-C含量的關(guān)系
（3)溶劑的性質(zhì)：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值長(zhǎng)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(guò)低的溶液中，一般保存在1mol/l NaCl溶液中較穩(wěn)定。
變性DNA只要消除變性條件，二條互補(bǔ)鏈還可以重新結(jié)合，恢復(fù)原來(lái)的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一過(guò)程稱(chēng)為復(fù)性（renaturation)。通常DNA熱變性后，將溫度緩慢冷卻，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(guò)程又叫做退火。復(fù)性后的DNA，理化性質(zhì)都能得到恢復(fù)。倘若DNA熱變后快速冷卻，則不能復(fù)性（圖18-5)。
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圖18－5 熱變性過(guò)程和兩種冷卻過(guò)程示意圖
影響復(fù)性速度的因素很多，同樣條件下，DNA順序簡(jiǎn)單的分子復(fù)性很快，如polyd[T]和polyd[A]由于彼此互補(bǔ)識(shí)別很快，故能迅速?gòu)?fù)性。但順序較復(fù)雜的DNA分子復(fù)性則較慢。因此通過(guò)變性速率的研究，可以了解DNA順序的復(fù)雜性。DNA片段的大小也影響變性的速率，因?yàn)镈NA片段愈大，擴(kuò)散速度愈低，使DNA片段線(xiàn)狀單鏈互相發(fā)現(xiàn)互補(bǔ)的機(jī)會(huì)減少。因此，在復(fù)性實(shí)驗(yàn)中，有時(shí)將DNA切成小片段，再進(jìn)行復(fù)性。同樣條件下，同一種DNA濃度愈高，復(fù)性速度也愈快。溶液的離子強(qiáng)度對(duì)復(fù)性速度也有影響，通常鹽濃度較高時(shí)，復(fù)性速度較快。
Doty研究小組是最早對(duì)DNA變性過(guò)程進(jìn)行深入研究的。它們所獲得的結(jié)果表明，在達(dá)到Tm值時(shí)，兩條DNA單鏈分離開(kāi)。如果在加熱之后慢慢地冷卻，則出現(xiàn)部分復(fù)性，即DNA的一部分回復(fù)到雙螺旋結(jié)構(gòu)。復(fù)性的程度取決于DNA濃度及信息含量的多少。病毒DNA（信息含量少)比哺乳動(dòng)物DNA容易復(fù)性，而DNA濃度較高時(shí)，有利于復(fù)性，快速冷卻使DNA仍然處于變性狀態(tài)，這時(shí)自由單鏈成鏈線(xiàn)團(tuán)結(jié)構(gòu)。對(duì)這種情況，人們稱(chēng)之為螺旋-線(xiàn)團(tuán)轉(zhuǎn)化過(guò)程（helix-coil-transition)�？焖倮鋮s時(shí)消光系數(shù)固然有所下降，但比天然DNA的數(shù)值始終要大。
細(xì)胞核DNA復(fù)性的動(dòng)力學(xué)研究指出，DNA內(nèi)很少片段有重復(fù)的或很相似的堿基順序（所謂重復(fù)DNA)。DNA復(fù)性的程度和過(guò)程與其信息含量的多少等有關(guān)；因而病毒DNA比細(xì)菌DNA復(fù)性得快。Britten發(fā)現(xiàn)一種測(cè)定和觀察復(fù)性過(guò)程的方法。X軸表示變性DNA原始濃度（Co)和保溫時(shí)間的乘積，縱軸表示DNA復(fù)性部分（重新作為雙螺旋結(jié)構(gòu)出現(xiàn))。DNA比例可以用羥基磷灰石柱的辦法加以確定，因?yàn)檫@種柱能夠使單鏈和雙鏈DNA分離開(kāi)來(lái)。DNA復(fù)性曲線(xiàn)呈S形，隨著信息含量增加，此形狀相同曲線(xiàn)往往較高Co.t值處移動(dòng)。奇怪的是，從細(xì)胞核來(lái)的DNA在復(fù)性時(shí)顯示出完全不同的情形：這些DNA中的一部分異�？斓貜�(fù)性，而另一些DNA只有在極高的Co.t值時(shí)才出現(xiàn)預(yù)期的復(fù)性。對(duì)快速?gòu)?fù)性可以作這樣的解釋?zhuān)丛谀骋籇NA之內(nèi)同時(shí)有幾個(gè)相同或很類(lèi)似的順序存在，因而找重復(fù)順序比找DNA內(nèi)唯一順序要快得多。后者含有特殊的遺傳信息，常被稱(chēng)為獨(dú)特DNA。與之相反是重復(fù)DNA片段。
真核DNA自發(fā)復(fù)性的一種特殊途徑是通過(guò)發(fā)夾結(jié)構(gòu)。對(duì)單鏈而言，要生成這種發(fā)夾結(jié)構(gòu)，要求一種特定的堿基順序，這種順序稱(chēng)作回文（正讀反讀都相同)結(jié)構(gòu)。為了構(gòu)成回文結(jié)構(gòu)，DNA片段的堿基順序必須在互補(bǔ)鏈內(nèi)找到相反的順序；在具有相反堿基順序的兩個(gè)DNA片段之間，顯然常常出現(xiàn)短的中間片段由于存在這樣的核苷酸順序，在復(fù)性時(shí)就能形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。
如果存在很多重復(fù)回文結(jié)構(gòu)，在部分復(fù)性時(shí)就能通過(guò)形成DNA側(cè)鏈而出現(xiàn)十字結(jié)構(gòu)。DNA回文結(jié)構(gòu)使DNA片段出現(xiàn)回旋對(duì)稱(chēng)性。這種結(jié)構(gòu)常常出現(xiàn)在DNA和蛋白質(zhì)之間相互作用的地方，特別是后者起控制作用時(shí)。
