核酸的变性（denaturtion）是指DNA双链之间的氢键断裂变成单链或RNA局部氢键断裂变成线性单链结构的过程，又称为熔解（melting）。变性不涉及核苷酸间共价键（磷酸二酯键）的断裂，可引起核酸变性的理化因素很多，如酸、碱、温度升高、有机溶剂以及尿素、离子强度等。如在聚丙烯酰胺凝胶电泳法测定DNA序列或分离DNA片断时，常用尿素作为变性剂。
在DNA解链过程中，由于有更多的共轭双键得以暴露，含有DNA溶液的A260随之增加，这种现象称为DNA的增色效应（hyperchromic effect）。它是监测DNA双链是否发生变性的一个最常用的指标。在缓慢加热DNA溶液的过程中，监测A260相对于温度的变化，所得曲线称为融解曲线（melting curve）（图7－25）。当A260达到最大变化值的一半时所对应的温度定义为DNA的解链温度，或称熔解温度（melting temperature，Tm）。在此温度时，50％的DNA双链解离成为单链。每种DNA都有其特征性的Tm值，其大小与DNA长短、碱基的均一性和GC含量以及离子强度相关。GC的含量越高，Tm值越高。根据碱基百分组成来推算DNA的Tm值的经验公式是：Tm＝69．3＋0．41（％G＋C），＜20bp寡核苷酸片段的Tm值可用公式Tm＝4（G＋C）＋2（A＋T）来估算。
当变性条件缓慢除去后，两条解离的互补链可重新互补配对，恢复原来的双链结构，这一现象称为复性（renatuation）。例如热变性的DNA经缓慢冷却后可以复性，这一过程也称为退火（annealing）。如果将热变性的DNA迅速冷却至4℃以下，两条解离的互补链还来不及形成双链，DNA则不能复性，这一特性被用来保持DNA的变性状态。
图7－25 DNA的熔解曲线
如果将不同种类的DNA单链或RNA放在同一溶液中，只要两种核酸单链之间存在着一定程度的碱基配对关系，它们就有可能形成杂化双链（heteroduplex）。这种杂化双链可以在不同的DNA单链之间形成，可以在RNA单链之间形成，甚至还可以在DNA单链与RNA单链之间形成，这种现象称为核酸分子杂交（hybridization）。核酸分子杂交是一个分子生物学中非常有用的实验技术。这一原理可用来研究DNA片段在基因组中的定位、鉴定核酸分子间的序列相似性、检测靶基因在待检样品中存在与否等。Southern印迹、Northern印迹、斑点印迹、PCR扩增、基因芯片等核酸检测手段都是利用了核酸分子杂交的原理。
核酸分子的变性、复性和杂交示意图见图7－26。
图7－26 核酸的变性、复性与杂交示意图
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