一种用于核酸单碱基改变的核酸反应理论分析方法技术

本发明专利技术涉及一种用于核酸单碱基改变的核酸反应理论分析方法，包括：(1)计算互补反应和错配反应的标准焓变化量ΔrH和标准熵变化量ΔrS；(2)穷举计算出所有单碱基改变的焓变化量ΔΔH与熵变化量ΔΔS，得到核酸单碱基改变的焓变化量与熵变化量数据表；(3)通过查阅上述数据表得到任意一种单碱基改变的焓变与熵变数据，同时计算出在任意温度和盐度下该单碱基改变引起的反应自由能变化量ΔΔG，从而指导核酸反应设计。本发明专利技术查表方便；使用简单；能够用于任何涉及单碱基改变的核酸反应理论分析；有望促进单碱基改变检测探针涉及以及其他核酸反应领域的理论分析与设计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于核酸反应理论分析领域，特别涉及一种用于核酸单碱基改变的核酸反 应理论分析方法。
技术介绍
核酸是一种重要的生物分子，储存和调控着生物遗传信息，是生物体性状的基因 基础。核酸对生物的重要性促使其具有了越来越广泛的应用，例如聚合酶链式反应以及生 物芯片阵列等。同时，核酸分子也是一类重要的纳米自组装材料，被应用于构建纳米结构， 纳米机械以及纳米图案等。除此之外，核酸还被应用于DNA计算机的构建中。这些都需要 用到核酸的杂交和置换等基础核酸反应。 核酸序列中的单碱基改变，是人类疾病和致病微生物的抗药性的基因基础，能够 识别单碱基改变的核酸探针设计一直是研究热点。同时，单碱基改变也是自组装与DNA计 算机等领域核酸反应中的重要理论研究热点。对单碱基改变性质的理论分析将同时对这些 领域的研究具有重要意义。 传统方法中，计算核酸反应的标准自由能变化量为，已知核酸序列，将序列输入计 算机软件，自动生成其反应标准自由能变化量。往往是一序列一计算。近来，有研究者总结 出了所有单碱基改变在37°C下的标准自由能变化量。但是对于其他温度下的自由能变化 量，依然需要重新输入软件中计算。 现有的单碱基改变自由能计算数据表，在理论分析核酸反应时，仅能用于37°C下 的核酸反应结果预测，无法对其他温度下的核酸反应进行理论预测，同时也不能够研究不 同的单碱基改变的自由能变化量随温度和盐度变化的关系。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于核酸单碱基改变的核酸反应理论分 析方法，该方法针对传统单碱基改变热力学计算中的不足，采用核酸单碱基改变标准焓变 化量与标准熵变化量来计算任意单碱基改变的标准自由能。 本专利技术的，包括： (1)计算参与互补反应和错配反应中每一种核酸分子的标准焓△ H与标准熵AS ; 并根据此计算出互补反应和错配反应的标准洽变化量△ 3和标准熵变化量A1^S; (2)两个反应的A1H和Aj分别相减，得到相应的单碱基改变引起的焓变化 量Δ ΔΗ与熵变化量△ AS ;穷举计算出所有单碱基改变的焓变化量△ ΔΗ与熵变化量 A AS，得到核酸单碱基改变的焓变化量与熵变化量数据表； (3)通过查阅上述数据表得到任意一种单碱基改变的焓变与熵变数据，同时计算 出在任意温度和盐度下该单碱基改变引起的反应自由能变化量A AG，从而指导核酸反应 设计。 所述步骤⑵中所有单碱基改变的焓变化量Δ Δ H与熵变化量Δ Δ S包括192种 单碱基取代、64种单碱基删除和64种单碱基插入。 所述步骤⑵中焓变化量Δ Δ H与熵变化量Δ Δ S均为与溶液中Na+离子浓度无 关的量。 所述步骤（3)中反应自由能变化量Δ Δ G的计算公式为：Δ Δ G = Δ Δ H-T Δ Δ S， 其中T为温度。 核酸反应包括核酸杂交或核酸置换。 本专利技术的技术方案是： 单碱基改变的焓变化量△△ H与熵变化量△△ S的计算：首先依据核酸杂交反应 的反应方程式，计算核酸序列与完全互补序列的杂交反应（称为反应1，也即互补反应）与 单碱基改变序列与该核酸序列的反应（称为反应2,也即错配反应）两个核酸反应之间的反 应标准焓差A A H与反应标准熵差△△ S。则焓变化量△△ H与熵变化量△△ S为该单碱 基改变引起，称作该单碱基改变的焓变化量A AH与熵变化量△ AS。 核酸杂交反应方程式为： X+C-互补产物 1 S+C-错配产物 2 其中X代表与C完全互补核酸序列，S代表单碱基改变的靶序列。X与探针经过反 应，生成完全互补的杂交双链，称该反应为反应1。则S与C的杂交反应称该反应为反应2， 生成错配杂交产物。 对"反应1"，其计算公式如下： ArH(I) = Δ H(互补产物）-Δ H(X)-A H(C) ArS(I) = AS(互补产物）-AS(X)-A S(C) 其中A1H(I)代表"反应1"的标准焓变化量。Δ H(互补产物）为互补产物的标准 洽。其他的参与反应分子的标准洽表示方法类似。反应的标准熵变A1^S(I)与A 1H(I)的 计算过程相仿。"反应2"的标准焓变化量43(2)和标准熵变化量Aj(2)与"反应1"的 计算过程相仿。 穷举计算出所有单碱基改变的焓变化量Δ Δ H与熵变化量Δ Δ S，就得到一种核 酸单碱基改变的焓变化量与熵变化量数据表，可用于核酸反应研究中的热力学理论分析。 同时，差阅该表可以计算任意单碱基改变在任意温度和盐度下的自由能变化量，能够用于 查阅任意单碱基改变的热力学性质，帮助核酸反应的理论分析与反应设计。 数据表选取几个示例如下（此外应理解，数据表包含了全部192种单碱基取代，64 种单碱基删除和64种单碱基插入的焓变化量△ ΔΗ与熵变化量△ AS，以下两表仅为从中 选取一部分不例）： 表1腺嘌呤A单碱基取代的标准焓变化量Δ Δ H与标准熵变化量Δ Δ S 表2腺嘌呤A和腺嘌呤G单碱基删除的标准焓变化量△△ H与标准熵变化量 AAS 有益效果 本专利技术基于热力学计算计算出了所有单碱基改变的反应标准焓变化量△ ΔΗ和 标准熵的变化量A AS，包括了所有单碱基改变种类；查表方便；使用简单；能够用于任何 涉及单碱基改变的核酸反应理论分析；可用于计算任意温度和盐度下的单碱基改变自由能 变化量，能够满足不同温度、不同盐度下核酸反应的热力学理论分析；有望促进单碱基改变 检当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于核酸单碱基改变的核酸反应理论分析方法，包括：(1)计算参与互补反应和错配反应中每一种核酸分子的标准焓ΔH与标准熵ΔS；并根据此计算出互补反应和错配反应的标准焓变化量ΔrH和标准熵变化量ΔrS；(2)两个反应的ΔrH和ΔrS分别相减，得到相应的单碱基改变引起的焓变化量ΔΔH与熵变化量ΔΔS；穷举计算出所有单碱基改变的焓变化量ΔΔH与熵变化量ΔΔS，得到核酸单碱基改变的焓变化量与熵变化量数据表；(3)通过查阅上述数据表得到任意一种单碱基改变的焓变与熵变数据，同时计算出在任意温度和盐度下该单碱基改变引起的反应自由能变化量ΔΔG，从而指导核酸反应设计。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毛红菊，武振华，金庆辉，赵建龙，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31