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PNA 是以Watson-Crick堿基配對原則識別互補的 DNA 和 RNA 靶序列并形成螺旋結構。

由于PNA缺乏3′至 5′位極性,所以能以平行或反向平行方式與互補鏈結合,且反向平行方式居多。NMR研究表明 ,PNA與RNA形成的復合物類似于一個A 型螺旋,而PNA-DN雙螺旋同時具有A型及B型結構。X射線晶體成像結果顯示, PNA2-DNA復合物形成了獨特的三股螺旋結構,其中 Hoogstein 和Watson-Crick 堿基配對都存在 ,PNA - PNA 復合物擁有另一獨特的結構 .

DNA 寡核苷酸與 DNA 和 RNA 的雜交 (hybridization),由于電荷的相互排斥作用而不穩(wěn)定 ,PNA-DNA或PNA-RNA雙螺旋則缺少電荷的排斥作用而使Tm值增加,降低了Tm對單價和雙價陽離子濃度的依賴性,提高了 PNA的雜交速率。

PNA與靶序列結合的特異性可通過調節(jié)寡聚物長度和雜交溫度而達到,且 PNA-PNA雜交對堿基不配對要較DNA-DNA雜交敏感。16個堿基對(16bp) PNA - DNA雙螺旋內單個堿基的不配對會使Tm降低15℃,雙堿基不配對時 PNA 根本不與靶序列雜交。PNA 的這種高水平的識別作用表明,它具有分析點突變的能力。

PNA不易被蛋白酶或核酸酶消化,因為這些酶不能識別它的雜交化學 (hybrid chemistry),使 PNA 在血清(blood serum) 及細胞提取物中的生物穩(wěn)定性提高。某些蛋白質與 DNA 或 RNA 有親和力,能與它們發(fā)生相互作用,而 PNA 幾乎不能以序列特異性或以其他方式與這些蛋白質作用,這樣便提高了PNA 在細胞內選擇性結合靶序列的能力。

中性的 PNA 比同類的 DNA 寡聚物疏水性更強,在中性pH條件下不易溶解 , 特別是當 PNA 的嘌呤含量高或它具有形成二級結構的傾向時。在PNA末端連接一個或多個帶正電荷的基團可增加其可溶性并防PNAs的自連。