DNA和RNA的提取与纯化

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离心管中CsCl起始溶液的密度通常要进行调整,使其与有待研究的 分子或颗粒的密度相对应。 如多数双链线状DNA分子的浮力密度约为1.70g/ml,形成梯度 的CsCl溶液的起始密度应为1.70g/ml
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细胞裂解及DNA分离过程中,大分子量的细菌染色体 DNA容易发生断裂形成相应的线性片段白质的作用中,各有 利弊.
酚的变性作用大,但酚与水相有一定程度的互溶,大约10 % - 15 % 的 水 溶 解 在 酚 相 中 , 因 而 损 失 了 这 部 分 水 相 中 的 DNA,而氯仿变性作用不如酚效果好,但氯仿与水不相混溶, 不会带走DNA。所以在抽提过程中,混合使用酚与氯仿效果 最好。经酚第一次抽提后的水相中有残留的酚,由于酚与氯仿 是互溶的,可用氯仿第二次变性蛋白质,此时一起将酚带走。 也可以在第二次抽提时,将酚与氯仿混合使用。
1浓盐法 原理:RNP和DNA在电解溶液中溶解度不同,从而分离。
方法:用1mol/L NaCl抽提,得到的DNP黏液中加入含有 少量辛醇的氯仿一起揺荡,使之乳化,再离心,使蛋白质 凝胶停留在水相及氯仿相中间,而DNA 位于上层水相中。 回收水相,用2倍体积95% 乙醇可将DNA 钠盐沉淀出来。
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3核酸的纯化 主要根据核酸的性质,使其与细胞内其它成分分离开来, 从中进一步抽提DNA.(杂质的去除)
核酸通过有机溶剂抽提并进行纯化 。污染的RNA通过 RNase消化清除。
在粗提物中加入等体积的氯仿/异戊醇(或酚/氯仿/ 异 戊 醇 ) 轻 轻 颠 倒 混 匀 , 12000rpm 离 心 5min , 上 清 液 为 DNA的水溶液,根据需要,还可以重复这一步或用氯仿/异 戊醇颠倒混匀再离心.
一般用SDS、CTAB、溶菌酶和蛋白酶K来裂解细胞。 所用缓冲液一般为TE(TrisC-HCl EDTA)缓冲液。 提取缓冲液:100mmol/L Tris Cl(pH8.0),50mmol/L EDTA (pH8.0),500mmol/L NaCl,10mmol/L α巯基乙醇。 在提取时,将10%SDS加入缓冲液中于65℃预热一定时间。然 后加入到装有样品的离心管中,于65℃保温60-90min。其间 轻轻摇动数次。 4℃下12000rpm离心10min,将上清转入另一离心管中,上清即为 DNA的粗提物。
用溶菌酶或十二烷基硫酸钠(SDS)
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•纯化质粒DNA 染色体DNA分子以高分子量的形式释放,可用高 速度心方法除去得到清裂解液。但仍然会含有相当 数量的片段化的染色体DNA分子。因此必须进行 纯化。
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1氯化铯密度梯度离心法
铯是55号元素,由Wihelm Bunsen于1855年发现。由于铯原子很 重,CsCl的浓缩液在高速离心数小时后即可形成密度梯度。大分 子物质的浮力密度如与密度梯度中某一位置的CsCl浓度相符,大 分子物质就会准确地漂浮在这一位置上.
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•质粒DNA 很多微生物细胞内含有质粒DNA,游离于细胞质中,所以被称
为染色体外遗传物质.每种质粒都有复制起始位点,能自我复制. 主要用于构建载体.也要用于分离目的基因和基因表达调控因 子.
•线粒体和叶绿体DNA. 真核生物特有的染色体外遗传物质,分别含有与呼吸作用和
光合作用有关的基因.可用于分离目的基因及构建载体
酚的平衡和饱和 酚的饱和: 因为酚与水有一定的互溶,苯酚用水饱和的目 的是使其在抽提DNA过程中,不致吸收样品中含有DNA的水 分,减少DNA的损失。用Tris 调节其PH值到8.0称为酚的平 衡,其原因是DNA分子在此条件下,比较稳定。
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4 沉淀DNA 用无水乙醇(异丙醇)沉淀DNA, 这是实验中最常用的方法 。 具体方法是将上面所提的上清液加入2倍体积的无水乙醇和 0.2-0.4 mol/L的NaCl,颠倒混匀,冰冻30min. 可以观察到絮状 的沉淀,即为DNA,经离心,除去上清液。
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2细胞的裂解和DNA的溶解
细胞不裂解,则DNA释放不出来.裂解不完全,得率就低.如果细胞裂 解过于激烈,会导致DNA的断裂.裂解方法因物种而异.
对于原核生物,可用溶菌酶处理.用NaOH,SDS,用煮沸及冰冻,超声 波处理等方法使细胞裂解.
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对结构复杂的动植物材料要进行磨样(粉碎)。一般方法是将材料 放入研钵(放在冰中预冷),加入液氮,快速磨碎成粉状。然 后再参照裂解原核生物细胞的方法裂解细胞.
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4.苯酚抽提法 苯酚作为蛋白变性剂,同时可抑制DNA 酶的降解作用。 苯酚处理后,蛋白质分子溶于酚相,而DNA 溶于水相, 离心分层后取出水层,多次重复操作,再合并水相,用 乙醇沉淀DNA.
5.水抽提法 利用核酸溶解于水的性质,将组织细胞破碎后,用低盐 溶液除去RNA,然后将沉淀溶于水中,使DNA 充分溶解 于水中,离心后收集上清液,在上清中加入NaCl调节至 2.6 mol/L,加入2倍体积的95%乙醇,立即用搅拌法搅出, 然后用不同浓度的乙醇洗涤。空气干燥。
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2.SDS法 细胞破碎后,加入SDS使细胞膜裂解,并同时使蛋白 质变性,将蛋白质和多糖等杂质与DNA 分开,加入 乙酸钾,可使SDS-蛋白质复合物转变成溶解度更小的 钾盐形式,沉淀更加完全。
3.CTAB法
细胞破碎后,加入CTAB分离缓冲液,将DNA 溶解出来 再经氯仿异戊醇抽提,除去蛋白,得到DNA
第四章 基因工程的主要技术及其原理
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第一节 DNA和RNA的提取与纯化
制备纯的高分子量的DNA 是基因工程操作的基础之一
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一、DNA提取的基本原理与方法
1. DNA的性质:
化学性质 比较稳定
潜在的反应基团隐藏在中央螺旋内,并经氢键紧密连接。它的 碱基对外侧受磷酸和糖形成的强大环层的保护,这种保护因内 在的碱基堆积力而进一步加强。
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5 DNA的溶解和贮存 回收的DNA沉淀在溶解以前须在实验台上敞口放置一段时 间,使残余的乙醇挥发掉(或真空抽干),然后加入适当体 积的TE缓冲液,使DNA溶解。DNA的TE溶液贮存于超低温 冰箱(长时间)或-20℃冰箱。
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(二 )DNA提取的几种方法
根据细胞破碎后,分离DNA 与蛋白质所采用的技术策略 不同,可分为以下几种:
生物细胞中大部分DNA集中在细胞核,多以脱氧核糖核蛋白 (DNP)形式存在。而DNP在盐溶液中的溶解度受盐溶液浓度 的显著影响,0.14 mol/L NaCl溶液中最低,仅为水中溶解度 的1%,浓度升高,溶解度增加,到1 mol/L时,比纯水高2倍。 而核糖核蛋白(RNP)在盐溶液中的溶解度受盐浓度的影响较小, 在0.14 mol/L NaCl的溶解度较大。据此,可分享DNP和RNP.
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碱基
核苷酸
核苷
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物理性质
高分子质量DNA长而弯曲,仅具有极微的侧向稳定性,因 而容易受到最柔和的流体剪切力的伤害。双链DNA在溶液中随 机卷曲,并由于碱基堆积力和DNA骨架上磷酸基团间的静电排 斥力而变得黏滞。
由吸液,振荡,搅拌所导致的水流对黏滞的盘绕物产生拖 拉力,能切断DNA的双链。DNA分子越长,断裂所需的力越弱。 因此,基因组DNA容易成片段地获得,所需分子质量越大,获 得的难度也相应增加。
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一般DNA提取都分为两步,即先是温和或机制裂解细胞及 溶解DNA,接着采用几种化学和酶学方法中的任一种, 以去 除蛋白、RNA及其它的大分子。
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1生物材料的准备 选用的材料应该是处于提取DNA得率最高的生长期,或者是
DNA容易提取和含量高的组织.对于细菌,一般取对数生长后期. 对于植物一般取幼嫩的植株,并且暗培养1-2天,甚至黄化苗. 提取动物肝脏DNA应清除胆囊,因其含有多种高活性酶.
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正常条件下,由于细胞的区室化隔离,DNA酶,氧化酶等分布于特定 区隔中,不与DNA接触。细胞破碎,则容易导致DA N降解。 因此提取过程中对DNA 的保护显得非常重要。 措施:
(1)利用液氮超低温下研磨,减少损失。
(2)快速加入缓冲液并迅速混匀,对细胞溶浆中DNA进行保护。 加入EDTA和抗氧化剂及PVP等
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(三)质粒DNA的提取
质粒的提取是基因工程研究中经常性的工作。
有多种从细菌中提纯质粒DNA的方法,无一例外都包括以下
三个步骤:
•培养细菌 氯霉素的加入
•收集和裂解 离心
寄主细胞裂解:可采用非离子型或离子型去污剂,有机溶剂
或碱处理及加热处理等。根据质粒大小、菌株和裂解后用于
纯化质粒DNA的技术,采用不同的方法。
DNA则由于其分子量较少,结构紧密,所以仍保持完 整状态。根据此差别进行密度梯度离心纯化。
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利用在浓缩的盐溶液中,溴化乙锭(EB)扁平分子在D NA碱基对之间的嵌入作用。
染色体DNA分子线性片段具有游离的末端而易于解旋, 可结合大量的EB分子。而质粒的共价闭合环状的
此过程目的是用酚和氯仿去除蛋白质。
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在提取DNA时有机溶剂的使用
酚和氯仿为非极性分子,水是极性分子,当蛋白水溶液与酚 和氯仿混合时,蛋白质分子之间的水分子就被酚或氯仿挤去, 使蛋白失去水合状态而变性。经过离心,变性蛋白质的密度 比水的密度为大,因而与水相分离,沉淀在水相下面,从而 与溶解在水相中的DNA分开。而酚与氯仿有机溶剂比重更大, 保留在最下层。
•病毒和噬菌体DNA. 含DNA的病毒和噬菌体的种类很多,能在相应的原核生物
和真核生物宿主细胞内大量增殖.由于此类DNA可被体外包 装,所以主要用于构建基因克隆载体,承载较大片段的外源 DNA,经体外包装,导入受体细胞.此类DNA也编码一些结构 基因,可作为分离目的基因和基因表达调控因子的材料.
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DNA溶液是DNA以水合状态存在,当加入乙醇时,乙醇会夺 去DNA周围的水分子,使DNA失水而易于聚合。一般实验中, 是加2倍体积的无水乙醇与DNA相混合,其乙醇的最终含量占67 %左右。也可改用95%乙醇来替代无水乙醇(价格考虑)。
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在PH为8左右的DNA溶液中,DNA分子是带负电荷的,加 一定浓度的NaAc或NaCL,使Na离子中和DNA分子上的负电荷, 减少DNA分子之间的同性电荷相斥力, 易于互相聚合而形成 DNA钠盐沉淀。当加入盐溶液浓度太低时,只有部分DNA形 成DNA钠盐而聚合,这样就造成DNA沉淀不完全,当加入的 盐溶液浓度太高时,其效果也不好,因为过多的盐杂质杂在, 影响DNA的酶切等后续反应。
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在抽提DNA时,为了混合均匀,必须振荡容器数次,这时在 混合液内易产生气泡,气泡会阻止相互间的充分作用。加入 异戊醇能降低分子表面张力,所以能减少抽提过程中的泡沫 产生。一般采用氯仿与异戊醇之比为24:1,也可采用酚、 氯仿与异戊醇之比为25:24:1(不必先配制,可在临用前 把一份酚加一份24:1的氯仿与异戊醇即成),同时异戊醇 有助于分相,使离心后的上层水相,中层变性蛋白相以及下 层有机溶剂相维持稳定。
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不同生物(植物、动物、微生物)的基因组DNA的提取方 法有所不同; 不同种类或同一种类的不同组织因其细胞结构及 所含的成分不同,分离方法也有差异。在提取某种特殊组织的 DNA时必须参照文献和经验建立相应的提取方法, 以获得可 用的DNA大分子。
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(一)DNA提取的基本原理
DNA分子是极性分子,溶于水,不溶于乙醇、氯仿等有机 溶剂,其钠盐比游离太更易溶于水。 酸性溶液中,DNA易水解,在中性或弱碱性溶液中较稳定。
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2. 天然DNA的来源和用途
天然DNA包括染色体DNA,病毒DNA(噬菌体 DNA),质粒DNA,线粒体及叶绿体DNA等,可从不 同的生物体中提取.
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•染色体DNA.原核和真核生物均含有染色体DNA. 其分子巨大,可长达106kb,小的也有1000kb左右.是生物界
含量最丰富的DNA资源,蕴藏着地球上极大部分的遗传信息. 是分离目的基因和基因表达调控因子的主要材料,也可提供 构建染色体载体和染色体基因整合平台系统之用.
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