ポリマー内の結合の強さについて

質問

現在、DNAを中性付近の水溶液中で加熱（沸点以上）して、分解を見ております

化学系の知識が乏しいため、
DNA中のどの辺りが分解しやすいかなどを把握したいのですが、
どのように調べていいかわからない状態です
また、理論的にどの程度の熱で、どこが開裂するなどを理解したいと考えています

どうか参考になるサイトなどアドバイスをいただけないでしょうか？

回答No.4

usokoku · ベストアンサー

＞DNA中というのは、二本鎖状態のDNAのことをいっているわけではないで
核酸の分解ですね。DNAでなくて。生きている状態ではなく、死肉の分解等を想定します。

＞加水分解されやすいの
加水分解可能な結合は、
R + H2O → R1-OH + R2+H
の加水分解反応に限られますので、原則がエステル結合だけになります。
R1-COO-R2 → R1-COOH + HO-R1

すると、「塩基内の二重結合」は、沸騰した水程度の酸性では加水分解されません。塩基がそっくり外れる可能性はあります。

ポリヌクレオチドの分解ですが、これは比較的容易です。(３位か５位か忘却)で簡単に切れます。しかし、これは使い道がないのです。無味なので旨みの出る(5位か3位か忘却)で切れてくれないのです。旨みの出る位置で切るために蛇毒酵素の使用が必須でした。

「グリコシド結合」については覚えていないです。ただ、煮出し液で残っていますので、ある程度分解されない性質がありますけど、長時間加熱を続けると無味になりますので分解はされるようです。

ショッカーは２０年ぐらいやってないので、変なことを書いているかもしれません。
水は加熱すると
H2O → H+ + OH- の解離が進み、H+の分量が増えます。そのため酸としての挙動を示す場合があります。

お礼

言葉足らずな質問にも、何度もご回答くださりありがとうございました。
塩基が外れるという点、参考にさせていただきました。

どうもありがとうございました。

回答No.3

usokoku

＞状態方程式からでは考えるのが困難
逆でしょう。水素結合等の分解を見るのは、状態方程式しかないでしょう。

通じてないようなので
＞特定の分子内のどの結合が強いか弱いか
どの結合ですか。補足ください。SP3, SP2, 水素結合,...

補足

何度もすみません。

DNA中というのは、二本鎖状態のDNAのことをいっているわけではないです。
当然、水素結合の方が、共有結合より切れやすいというのは理解しております。

ヌクレオチドどうしをつなぐホスホジエステル結合、
糖の部分のグリコシド結合、塩基内の二重結合、
色々な結合があってDNAが成り立っていると思いますが、
そのうちのどれが、加水分解されやすいのかということが
わからず悩んでおります。

質問がわかり辛く申し訳ありません。

回答No.2

usokoku

＞が適用できるものなのでしょうか？？
状態方程式 PV=nRT では、粒子の大きさ、分子間力について、粒子の大きさは無限小、分子間力が0である、という前提条件で求められた式です。
http://kagennotuki.sakura.ne.jp/td/node15.html
http://ozonation.web.fc2.com/tdlecture3.html
補正の式は色々ありますが、気体定数Rは一定であり、また、各種補正は、低温又は粒子の自由運動が制限された状態を圧力又は体積に修正項を書き加えることで当てはめようとしたものです。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%83%B3%E3%83%87%E3%83%AB%E3%83%AF%E3%83%BC%E3%83%AB%E3%82%B9%E3%81%AE%E7%8A%B6%E6%85%8B%E6%96%B9%E7%A8%8B%E5%BC%8F
粒子の自由運動にすべての熱エネルギーが使われる理想気体ではなく、実在気体では熱エネルギーの一部は他の粒子との結合エネルギーを切断するために使われるという現象があり
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%88%86%E5%AD%90%E9%96%93%E5%8A%9B
温度と体積と圧力の関係は変化しますし、極端に他の粒子との結合エネルギーが大きければ液体又は固体のような状態になります。
詳しくは、物理化学の教科書を見てください。

この当りの内容を極端に省略して書くと、「粒子の持つ熱エネルギーは nRT で示されます」、となります。

水素結合状態にある水素をH, 相手側の原子をOとすると O -- H -- O と書けます。
O-H間は水素結合ですから、間に他の粒子は接近していません。Hの周りは真空状態です。

水素結合がない、O-H間は十分に離れているから原子間力は作用していない、大きさが無限小と仮定して、Hの状態を眺めると、
nRT
が、H１モルのもつエネルギーです。Hがもつ熱エネルギーよりも水素結合の安定化エネルギーが強いならば、H -- O が切れます。
H-Oの結合エネルギーが大きければ、Hはその場でゆれて動くだけです。

補足

なるほど、そのような前提の上に成り立つ式なのですね。
今回は特定の分子内のどの結合が強いか弱いかを理解したいので、
やはり状態方程式からでは考えるのが困難ということですね。

回答No.1

usokoku

１００度以下の加熱と仮定して、
DNA(デボキシリオ核酸として)の開裂が起こりやすい場所の推定方法、
というご質問と仮定して
PV=nRT　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%8A%B6%E6%85%8B%E6%96%B9%E7%A8%8B%E5%BC%8F_(%E5%8C%96%E5%AD%A6)

より、ぶしつ１モルがもつ温度あたりのエネルギーがRで示されていることが見当つきます。
100度程度の加熱(R*100 kJ程度)で切れる結合、結合エネルギーが R*温度差よりも小さい結合、
というと水素結合
http://www.pharm.or.jp/dictionary/wiki.cgi?%E6%B0%B4%E7%B4%A0%E7%B5%90%E5%90%88
http://sci.la.coocan.jp/fchem/log/kyoiku/251.html
ぐらいしかありません。

結合エネルギーは一般に
原子間距離が小さいほど強い結合であり、大きい値をもつ
といわれていますので、結晶構造が知られているDNAならば、原子環距離を調べてください。
A-U, G-C間では安定な結合距離が異なります。並び方の違いでゆがみが出来て、きれやすいことになります。DNAが膨らんでいるところ、がきれやすいことになります。

実験的に求めるのでしたらば、分析屋さんににらまれますが、試料をGMをいれちゃいます。導入部で熱分解を起こして、熱分解物をカスクロで分離して、マス(質量分析)で熱分解物を測定することになります。マスで得られたものが、どこで切れたかものかを推定して、この結合が切れやすい、と見当つけます。最近では専用の機械が販売されているようです。
http://search.yahoo.co.jp/search?p=%E9%AB%98%E5%88%86%E5%AD%90%E5%8C%96%E5%90%88%E7%89%A9+%E7%86%B1%E5%88%86%E8%A7%A3+%E8%B3%AA%E9%87%8F%E5%88%86%E6%9E%90&ei=UTF-8&fr=top_table&x=wrt&meta=vc%3D

補足

さっそくのご回答ありがとうございます
参考になります。

気体の状態方程式だと、どこにも分子の種類や結合を規定する所がない気がします。
また、液体中の分子に対し、気体の状態方程式から算出できる値が適用できるものなのでしょうか？？