合成起始于共价连接在固相载体上的第一个核苷酸。该核苷酸的5'-羟基被保护基团所封闭。循环的第一步是用酸溶液冲洗合成柱,脱掉第一个核苷酸5'端的DMT?;せ┞冻龌钚缘?'-羟基,为下一步偶联反应做好准备。脱下的DMT阳离子呈橙色,可通过光度法在线监测合成效率。
接下来,仪器将下一个要被连接的核苷酸单体和活化剂同时泵入合成柱。核苷酸单体本身是高度活化的,其3'端通过磷酸亚胺基团?;ぃ?'端则由DMT?;?,碱基上也有相应的?;せ?/div>
活化剂会激活核苷酸单体的3'磷酸亚胺基团,使其成为一个良好的亲电试剂。随后,它迅速与固相载体上已暴露的5'-羟基发生亲核取代反应,形成亚磷酸三酯键,从而将新的核苷酸加到正在延长的寡核苷酸链上。
3.盖帽:
偶联步骤并非100%有效,总有极少数链的5'-羟基未能参与反应。这些失败的序列如果不被封闭,将在后续循环中继续参与反应,产生缺失序列的副产物。
“盖帽”步骤使用两种试剂的混合液对未反应的5'-羟基进行乙?;舛?,使其permanently失活。这些被“盖帽”的短链在最终纯化时会被去除,从而极大提高最终产物的序列正确性和纯度。
4.氧化:
上一步偶联形成的是不稳定的亚磷酸三酯键,容易被酸分解。本步通入碘/水/吡啶的混合溶液,将其氧化成更稳定的磷酸三酯键,从而完成一个完整的核苷酸添加循环。
此后,仪器自动重复上述“脱?;?rarr;偶联→盖帽→氧化”四个步骤,每一个循环添加一个新的核苷酸,直至整条目标序列全部合成完毕。
二、合成后处理
核酸合成仪完成链的组装后,所得产物仍是连接在固相载体上且所有基团均被保护的DNA粗品。因此需要后续处理:
1.切割与脱保护:使用浓氨水溶液处理,一方面将合成的寡核苷酸链从CPG载体上切割下来,另一方面同步移除所有碱基上的?;せ藕土茨┒说腄MT基团。
2.纯化:根据应用需求,可通过高效液相色谱(HPLC)或聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)等进行纯化,以去除失败序列和副产物,得到高纯度的最终产品。
三、总结
核酸合成仪的本质是一台高度自动化的精密有机化学反应器。它通过将复杂的合成化学反应分解为一系列可编程控制的标准化步骤,并由计算机精确控制液体流速、试剂用量和反应时间,从而实现了DNA/RNAoligonucleotide的快速、高通量和精准合成。这一技术的成熟与普及,极大地推动了基因编辑、PCR检测、核酸药物、DNA存储等前沿科技的飞速发展。