Studies on the sedimentation behaviour of thymus deoxypentose nucleic acid with reference to its homogeneity, size and shape

Abstract

1. 1. An examination has been made of the sedimentation and electrophoretic behaviour of separate and mixed solutions of a thymus deoxypentose nucleic acid (DNA) preparation and of the same DNA degraded by sonic irradiation. 2. 2. In sedimentation at an ionic strength of 0.3, the presence of 10% of the degraded DNA in a mixture could be detected, but the method was limited by self-sharpening effects in the boundary and by the insensitivity of sedimentation coefficient (s) to molecular weight. It is concluded that the original DNA cannot contain as much as 10% of such degraded material, but there is some indication of polydispersity in sedimentation at low concentrations. During sedimentation of a mixed solution containing equal amounts of the two DNA's the area of the schlieren peak of the slower, degraded DNA was enhanced by the operation of the Johnston-Ogston effect. 3. 3. In electrophoresis, the individual DNA samples had the same mobility, in spite of the very great difference in the viscosity of their solutions. No separation was observed with the mixtures. 4. 4. Solutions of the degraded DNA (ionic strength = 0.3) had a very much lower viscosity than those of the original DNA and behaved as Newtonian liquids. This enabled its intrinsic viscosity to be determined and a molecular weight for the degraded DNA of the order of 3–4·10⁵ was calculated on the basis of different models. 5. 5. The sedimentation data are discussed with reference to the sedimentation of long rod-like] molecules in general. Application of Perrin's equation shows that, for very large axial ratios, s is chiefly dependent on the minor axis of the equivalent prolate ellipsoid. If this model is assumed, the anhydrous diameter of the undegraded DNA molecule in solution can be estimated as 25 A. The data are also discussed in terms of a flexible chain model, and, on that basis, a molecular weight of about 8.5·10⁶ is obtained. 1. 1. Les auteurs ont étudié le comportement à la sédimentation et à l'électrophorèse de solutions d'acide désoxypentose nucléique du thymus et de solutions du même DNA, dégradé par irradiation sonique, séparément ou en mélanges. 2. 2. Par sédimentation à la force ionique de 0.3, on peut déceler la présence de 10% de DNA dégradé dans un mélange, mais la méthode est limitée par des effets d'auto-amincissement de la frontière et par le manque de corrélation entre le coefficient de sédimentation (s) et le poids moléculaire. On peut en conclure que le DNA original contient moins de 10% de produits dégradés, mais il semble qu'une polydispersion soit possible à des concentrations faibles. Au cours de la sédimentation d'un mélange renfermant des quantités égales des deux DNA, l'aire du pic “schlieren” du DNA dégradé le plus lent était augmenté par effet de Johnston-Ogston. 3. 3. Les deux échantillons de DNA possèdent la même mobilité électrophorétique, en dépit de la très grande différence de viscosité de leurs solutions. Aucune séparation de leurs mélanges n'a pu être obtenue. 4. 4. es solutions de DNA dégradées (force ionique = 0.3) ont des viscosités beaucoup plus faibles que celles du DNA original et se comportent comme das liquides Newtoniens. Ceci permet de déterminer la viscosité intrinsèque et de proposer, pour le DNA dégradé, un poids moléculaire, établi sur différents modèles, de l'ordre de 3–4·10⁵. 5. 5. Les résultats des essais de sédimentation sont discutés, à la lumière des théories générales sur la sédimentation des molécules allongées. L'application de l'équation de Perrin montre que, pour des rapports axiaux très élevés, s dépend surtout du petit axe de l'ellipsoïde équivalent. Si l'on suppose que le DNa correspond à ce modèle, le diamètre anhydre de la molécule non dégradée en solution serait de 25 A. Les résultats sont également discutés en fonction d'un modèle en forme de chaîne flexible et, à l'aide de ce modèle, on peut calculer un poids moléculaire de 8.5·10⁶. 1. 1. s wurde des Verhalten von Thymusdesoxypentosenukleinsäure Präparaten (DNA) und der Mischungen dieser DNA mit ihren durch Schallbehandlung hergestellten Abbauprodukten bei der Sedimentation und Elektrophorese untersucht. 2. 2. Bei der Sedimentation (Ionenstärke 0.3) konnte die Anwesenheit von 10% der abgebauten DNA in einer Mischung festgestellt werden, aber die Methode ist durch die Selbstschärfe-effekte (self-sharpening effects) in der Bande und durch die Unempfindlichkeit des Sedimentationskoeffizienten (s) gegenüber dem Molekulargewicht begrenzt. Es wird geschlossen, dass die ursprüngliche DNA nicht mehr als 10% von solchen Abbauprodukten enthalten kann, doch finden sich Anzeigen defür, dass bei der Sedimentation in niedrigen Konzentrationen eine Polydispersität besteht. Bei der Sedimentation einer Mischung, die gleiche Mengen der beiden DNA's enthielt, wurde die Fläche des Schlierengipfels durch die Wirkung des Johnston-Ogston Effekts vergrössert. 3. 3. Bei der Elektrophorese hatten die einzelnen DNA-Präparate die gleiche Beweglichkeit trotz des grossen Unerschiedes in der Viskosität ihrer Lösungen. Eine Trennung der Gemische wurde nicht beobachtet. 4. 4. Die Lösungen der abgebauten DNA (Ionenstärke 0.3) haben eine sehr viel niedrigere Viskosität als die der ursprünglichen DNA und verhalten sich wie Newtonsche Flüssigkeiten. Dies macht es möglich die spez. Viskosität (intrinsic viscosity) zu bestimmen. Unter Zugrundelegung verschiedener Modelle wurde für die abgebaute DNA ein Molekulargewicht in der Grösse von 3–4·10⁵ errechnet. 5. 5. Der Diskussion der Sedimentationsergebnisse wird das Sedimentationsverhalten langer stäbchenförmiger Moleküle zugrunde gelegt. Die Anwendung der Perrinschen Gleichen zeigt, dass für sehr grosse Achsenverhältnisse s hauptsächlich von der kleineren Achse des äquivalenten gestreckten Ellipsoids abhängt. Für den Durchmesser ohne Hydratationsmantel des unabgebauten DNA-Moleküls kann so ein Wert von 25 A geschätzt werden. Die Ergebnisse werden auch unter Zugrundelegung eines flexibelen kettenförmigen Moleküls als Modell diskutiert. Unter dieser Annahme wird ein Mölekulargewicht von 8.5·10⁶ erhalten.