不同pH值下二价离子对DNA凝聚的影响

发布时间：2020-07-04 20:33

【摘要】：DNA凝聚及电荷逆转在生命科学、高分子物理、医学应用等领域中发挥着重要作用。在溶液中,DNA的凝聚依赖于溶液中抗衡离子的化合价,要引起DNA凝聚通常需要化合价大于等于三的阳离子。然而,细胞中最常见的小型抗衡离子,如Na~+,K~+,Ca~(2+)和Mg~(2+)等小于三的金属阳离子,它们在一般情况下不能使DNA凝聚。我们发现通过改变溶液的pH值,能够使二价金属阳离子导致DNA发生凝聚。我们通过单分子磁镊(MT)实验,明确地证明了通过改变溶液的pH值,可以使Mg~(2+)和Ca~(2+)引起DNA凝聚。当溶液的pH值处于5-8时,二价离子作用后的DNA处于自由舒展状态。当溶液的pH值约为4时,DNA处于不稳定的过渡状态,也就是自由舒展到凝聚态的过渡。当溶液的pH值约为3时,DNA处于稳定的凝聚状态,而此凝聚过程是可逆的,可通过对溶液pH值的调控来完成。同时我们还发现,在低pH下,随着二价离子浓度的增加,DNA的凝聚力(Fc)先增加后减小,发生解凝聚。我们通过原子力显微镜(AFM)也证实了DNA的凝聚形态与pH值的依赖关系。再者我们通过动态光散射实验(DLS),发现二价抗衡离子引起DNA临界凝聚时的DNA的电泳迁移率约-1.0×10~-44 cm~2 V~(-1)s~(-1),这对应于约中和DNA的89%的电荷。比曼宁理论二价抗衡离子约中和DNA的88%的电荷多了大约1%,这对于在低pH溶液中通过二价抗衡离子导致DNA凝聚也是有效的。最后我们用Langevin动力学的粗粒化模型模拟pH值对DNA凝聚的影响,发现模拟结果与实验结果一致。
【学位授予单位】：温州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O552.6;R312
【图文】：

三维视图,原子力显微镜,工作原理图,氮化硅

随着技术的越来越成熟，AFM不但可以直接分析DNA、蛋白质等生物学形态、以及测量生物大分子之间的力谱，而且分辨率很高。因此，AFM是分析工具之一。通过图像的观测和三维视图的分析来辨别实验中所需要的数据。如下图3-1是我们实验小组所用的AFM的工作原理图，从图中我们可以明确的观察到，弹性氮化硅微悬臂的一端固定在仪器上，另一端安装了不同频率的氮化硅探针，我们对压电陶瓷装置进行操作（轻敲模式），便可使氮化硅探针在被测样品表面上进行轻敲模式的扫描，当氮化硅针尖非常接近样品表面时，针尖与被测样品之间会产生微弱的原子间的相互作用力，使微悬臂发生细小的形变，从而达到扫描被测样品的目的。图3-1原子力显微镜工作原理图Figure3-1ThefundamentaldiagramofAtomicForceMicroscopy

结构图,单分子,实验原理,珠子

牛血清白蛋白（BSA），pH8.0。然后将DNA-珠子构建体冲入槽中，形成侧壁-DNA-顺磁珠结构，如图3-2所示.DNA的延伸大约是珠子和侧壁表面之间的距离。施加在水平面上DNA上的力侧面的永磁体控制。它是根据磁球在垂直于DNA延伸方向上的布朗运动计算的[29]。简而言之，当延伸大于DNA轮廓长度的一半时，所施加的力由2/BF k T L x确定，其中kB是玻尔兹曼浓度，T是温度， L 是单个分子的平均长度，2 x是珠子在垂直于所施加的力的方向上的位移。使用摄像机录制平面中的结构图像，并用它实时记录磁球的位置。通过基于傅里叶变换的相关技术的跟踪算法确定扩展并分析[27]。在实验过程中

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