分子生物学试验基础知识
生物化学与基础分子生物学实验
生物化学与基础分子生物学实验本实验旨在增进学生对于生物化学与基础分子生物学知识的理解,同时也希望借此机会增强学生的实验动手能力和实验数据分析能力。
本实验主要分为两部分,第一部分是生物化学实验,主要包括蛋白质的提取、纯化和酶促反应的研究。
第二部分是基础分子生物学实验,主要涉及DNA的提取、PCR扩增和凝胶电泳检测等。
一、生物化学实验1. 蛋白质的提取蛋白质的提取是研究蛋白质功能和结构的基础。
常用的蛋白质提取方法有机械破碎法、化学破碎法和生物学破碎法等。
本实验以细胞生物学破碎法为主要方法,即利用超声波或手工研磨等方法将细胞破碎。
其中,手工研磨可以选择石英砂或三氧化二铬等研磨介质。
破碎过程中需加入适量浓度等渗液和抑制剂,以防止蛋白质的降解和氧化。
2. 蛋白质的纯化蛋白质的纯化是进一步研究蛋白质结构和功能的关键。
常用的蛋白质纯化方法包括离子交换、凝胶过滤、透析、亲和层析和电泳等方法。
本实验以离子交换和凝胶过滤为主要方法。
其中,离子交换可利用正离子交换和负离子交换两种模式进行,考虑到蛋白质电荷状态的不同以及离子交换树脂的不同选择,从而使得目标蛋白质与其它蛋白质的区分度大大增加。
凝胶过滤则利用凝胶的孔径大小进行分离纯化。
3. 酶促反应的研究酶促反应是生物化学研究的重要组成部分,可以研究酶的特性、动力学以及酶对于特定底物和抑制剂的亲和性等。
本实验选择酶促细胞色素C氧化为模型反应。
反应中需要考虑诸多因素,如温度、pH、反应时间等,同时还需考虑反应体系中酶、底物和抑制剂的摩尔比例关系。
二、基础分子生物学实验1. DNA的提取DNA的提取是基础分子生物学实验的关键步骤,其目的是提高纯度和量。
常用的DNA提取方法有化学法、机械法、热平衡法和离心法等。
本实验以盐酸摇法为主要方法进行DNA的提取。
其中将细胞经过适当处理后加入盐酸和β-己糖苷酯,在恒温和摇动条件下分离得到DNA。
2. PCR扩增PCR是分子生物学中的核心技术之一,是一种复合酶链反应。
分子生物学实验
分子生物学实验分子生物学实验是一种研究生物体分子结构、功能和交互作用的实验方法。
本文将介绍分子生物学实验的一般步骤和常用技术,并以DNA提取和PCR扩增为例,详细描述了实验的具体步骤和操作。
分子生物学实验一般包括以下几个步骤:实验前的准备、生物样品的采集和处理、核酸提取、酶切和电泳、PCR扩增、蛋白质表达等。
实验前的准备包括实验设计、试剂的准备和设备的调试。
根据实验目的和问题,确定实验设计和具体操作步骤,选择适当的试剂和设备,并对实验条件进行优化。
生物样品的采集和处理是分子生物学实验的基础。
根据研究对象不同,可以采集细胞、组织、血液等生物样品,并进行预处理,如细胞培养、组织切片、离心等。
核酸提取是从生物样品中分离出核酸的步骤。
核酸提取可以使用化学方法或基于特定原理的商业试剂盒。
其中,常用的方法有酚/氯仿法、骨架蛋白法、磁珠法等。
酶切和电泳是分子生物学实验中常用的技术手段。
酶切是通过限制性内切酶对DNA进行特异性切割,生成特定大小的DNA片段。
电泳是利用电场对DNA片段进行分离和检测,可通过琼脂糖凝胶电泳或聚丙烯酰胺凝胶电泳进行。
PCR扩增是一种重要的分子生物学实验技术。
PCR通过不断循环的变性、退火和延伸过程,在体外扩增DNA序列。
PCR 需要DNA模板、引物、核苷酸和聚合酶等关键试剂。
PCR扩增过程包括初始变性、循环扩增和最终延伸。
扩增产物可通过琼脂糖凝胶电泳进行分析和检测。
蛋白质表达是研究蛋白质功能和结构的重要实验手段。
常用的蛋白质表达系统包括原核表达系统和真核表达系统。
表达载体经过构建和转染后,利用细胞的表达机制使蛋白质在体内合成。
总之,分子生物学实验是研究生物体分子结构和功能的重要方法。
通过实验前的准备、生物样品的采集和处理、核酸提取、酶切和电泳、PCR扩增、蛋白质表达等步骤,可以获得关于生物体分子结构和功能的有价值的信息。
分子生物学基础试验
03
分子生物学基础试验的种类
DNA提取和检测
目的:从生物样本中提取DNA,并进行检测 原理:利用DNA的物理和化学性质进行提取和检测 步骤:包括样品处理、DNA提取、DNA检测等 应用:广泛应用于基因克隆、基因诊断、基因治疗等领域
基因克隆和表达
基因克隆:将目的基因从原基因组中分离出来,并插入到载体中
定义:分子生物学基础试验是研究细胞内分子结构和功能的实验方法,包括DNA、RNA、蛋白质等。
目的:了解细胞内分子结构和功能,为疾病诊断、治疗和药物研发提供科学依据。
分子生物学基础试验的重要性
研究基因表达和调控机制
探索生命现象的本质和规律
推动生物技术、医药、农业等 领域的发展
提高人类对疾病的认识和治疗 水平
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分子生物学基础试验
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分子生物学基础试验概述
分子生物学基础试验的种类
分子生物学基础试验的应用 分子生物学基础试验的实验步骤和
注意事项 分子生物学基础试验的发展趋势和
未来展望
01
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02
分子生物学基础试验概述
分子生物学基础试验的定义和目的
分子生物学基础试验的基本原理
基因表达:基因通过转录和翻译过程,将遗传信息转化为蛋白质
基因突变:基因在复制过程中发生错误,导致遗传信息改变
基因重组:基因在遗传过程中发生交换,导致遗传信息重新组合
基因调控:基因表达受到多种因素的调控,如转录因子、表观遗传修 饰等
基因工程:通过基因重组技术,将外源基因导入到宿主细胞中,实现 遗传信息的转移和表达
步骤:包括样品 制备、分离、纯 化和鉴定等步骤
分子生物学教程
分子生物学教程
分子生物学教程主要涵盖了分子生物学的基础理论和实验技术,包括DNA、RNA和蛋白质的结构和功能,基因表达的调控,以及基因工程技术等内容。
具体来说,分子生物学教程一般包括以下几个部分:
1. 分子生物学基础:介绍分子生物学的基本概念、研究领域和学科发展历程。
2. DNA结构和功能:介绍DNA的基本结构、组成和功能,包括DNA的复制、转录和修复等。
3. RNA结构和功能:介绍RNA的基本结构、组成和功能,包括mRNA、tRNA和rRNA等。
4. 蛋白质结构和功能:介绍蛋白质的基本结构、组成和功能,包括酶、受体和通道等。
5. 基因表达调控:介绍基因表达的调控机制,包括转录调控、转录后调控和表观遗传学等。
6. 基因工程技术:介绍基因工程技术的基本原理和应用,包括基因克隆、基因敲除和基因编辑等。
7. 实验技术:介绍分子生物学实验的基本技术和方法,包括PCR、Western blot、基因表达分析等。
此外,分子生物学教程还包括一些进阶内容,如基因组学、蛋白质组学和代谢组学等新兴领域,以及分子生物学在医学、农业和工业等领域的应用。
总之,分子生物学教程旨在为学生提供全面的分子生物学知识和实验技能,为学生未来的科研或职业发展奠定基础。
分子生物学基本实验操作
分子生物学基本实验操作1.DNA提取:DNA提取是分子生物学中的基础实验操作,目的是从生物组织或细胞中提取出纯净的DNA样品。
常用的DNA提取方法包括酚氯仿法、盐法和商业化提取试剂盒。
该实验操作通常包括细胞破碎、蛋白质去除、DNA沉淀和洗涤等步骤。
2.PCR:聚合酶链反应(PCR)是分子生物学中常用的方法,用于扩增特定的DNA片段。
PCR通过加入DNA模板、引物、碱基和聚合酶,利用循环反应的方式在体外合成特定序列的DNA。
PCR通常包括三个步骤:变性、退火和延伸。
3.凝胶电泳:凝胶电泳是一种分离和分析DNA、RNA和蛋白质的常用方法。
通过将待测样品加载到凝胶中,然后通过电场使DNA、RNA或蛋白质在凝胶中迁移,可以根据迁移速度和分子大小进行分离和定性。
4. Western blot:Western blot是一种用于检测特定蛋白质的方法。
该方法通过将待测样品进行电泳分离,然后将蛋白质转移到膜上,并用特异性抗体与目标蛋白质结合,最后再用染色剂或化学发光来检测目标蛋白质的存在。
5.DNA克隆:DNA克隆是将DNA片段插入到载体DNA中的过程,用于研究和重组DNA。
常用的DNA克隆方法包括限制性内切酶切割、连接酶反应和转化。
通过将DNA片段插入载体中并转化至宿主细胞,可以大量复制目标DNA并随后进行研究。
6.基因测序:基因测序是确定DNA或RNA序列的方法,用于分析基因组、转录组和序列变异。
常用的基因测序方法包括链终止法(Sanger测序)和下一代测序(NGS)。
通过测序,可以获取DNA或RNA的序列信息,并进一步研究基因功能和变异。
7.基因表达分析:基因表达分析通过检测RNA水平来研究基因的表达情况。
常用的方法包括实时定量PCR、Northern blot和转录组测序。
这些方法可以定性和定量地研究基因的表达水平,并帮助解析基因调控和信号通路。
这些是分子生物学的一些基本实验操作。
当然,随着技术和方法的不断发展,分子生物学领域中还有许多其他的实验操作,用于研究生物分子结构和功能。
基因组学研究方法分子生物学实验的基础技术
基因组学研究方法分子生物学实验的基础技术基因组学研究是分子生物学领域中的一个重要分支,它致力于研究生物体基因组的组成、结构、功能和调控等方面。
为了深入了解和揭示生物体基因组的奥秘,科学家们提出了一系列的实验方法和技术来开展基因组学研究。
本文将对基因组学研究方法中的一些基础技术进行介绍和解析。
一、DNA提取技术DNA提取是基因组学研究的第一步,也是最为基础的技术之一。
DNA提取的目的是获得样本中的DNA分子,并使其保持完整和纯净。
常用的DNA提取方法有酚-氯仿法、离心柱法以及磁珠法等。
在DNA提取过程中,关键的步骤包括细胞裂解、蛋白质沉淀和DNA分离等。
二、PCR技术PCR(聚合酶链式反应)是一种高度敏感、高效、简便的基因组学研究技术。
它可以通过扩增DNA分子,使之在数量上呈指数级增加。
PCR技术的基本原理是不断重复三个步骤:变性、退火和延伸。
PCR可以用于基因克隆、基因型分析、突变检测和DNA测序等多个研究领域。
三、基因测序技术基因测序是基因组学研究中最为核心和关键的技术之一。
它可以对DNA序列进行准确的测定,揭示生物体基因组的结构和功能。
目前常用的基因测序技术主要有Sanger测序和新一代测序技术。
新一代测序技术的发展使得基因组学研究进入了一个全新的时代,大大提高了基因测序的速度和精准度。
四、蛋白质组学技术蛋白质组学研究是基因组学研究的重要组成部分,它关注生物体中蛋白质的表达、结构、功能以及相互作用等方面。
蛋白质组学技术包括二维凝胶电泳、质谱分析、蛋白质互作研究等。
这些技术可以帮助科学家们了解蛋白质组的整体特征,并揭示蛋白质在生物体中的重要功能。
五、基因编辑技术基因编辑技术是现代基因组学研究中的一项重要技术,它可以对生物体基因组进行精确的编辑和改造。
常用的基因编辑技术包括CRISPR-Cas9系统、TALENs以及ZFNs等。
这些技术的发展使得基因组学研究具有更大的灵活性和可操作性。
通过DNA提取、PCR、基因测序、蛋白质组学技术以及基因编辑技术等基础技术的应用,基因组学研究取得了长足的进步。
分子生物学实验基础知识
分子生物学实验基础知识分子生物学是在生物化学基础上发展起来的,以研究核酸和蛋白质结构、功能等生命本质的学科,在核酸、蛋白质分子水平研究发病、诊断、治疗和预后的机制。
其中基因工程(基因技术,基因重组)是目前分子生物学研究热点,这些技术可以改造或扩增基因和基因产物,使微量的研究对象达到分析水平,是研究基因调控和表达的方法,也是分子水平研究疾病发生机制、基因诊断和基因治疗的方法。
转化(trans formation)、转染、转导、转位等是自然界基因重组存在的方式,也是人工基因重组常采用的手段。
基因重组的目的之一是基因克隆(gene clone),基因克隆可理解为以一分子基因为模板扩增得到的与模板分子结构完全相同的基因。
使需要分析研究的微量、混杂的目的基因易于纯化,得以增量,便于分析。
外来基因引起细胞生物性状改变的过程叫转化(transformation),以噬菌体把外源基因导入细菌的过程叫转染(transfection)。
利用载体(噬菌体或病毒)把遗传物质从一种宿主传给另一种宿主的过程叫转导(transduction)。
一个或一组基因从一处转移到基因组另一处的过程叫转位(transposition),这些游动的基因叫转位子。
一、基因工程的常用工具(一)载体载体(Vector)是把外源DNA(目的基因)导入宿主细胞,使之传代、扩增、表达的工具。
载体有质粒(plasmid)、噬菌体、单链丝状噬菌体和粘性末端质粒(粘粒)、病毒等。
载体具有能自我复制;有可选择的,便于筛选、鉴定的遗传标记;有供外源DNA插入的位点;本身体积小等特征。
质粒存在于多种细菌,是染色体(核)以外的独立遗传因子,由双链环状DNA组成,几乎完全裸露,很少有蛋白质结合。
质粒有严紧型和松弛型之分。
严紧型由DNA多聚酶Ⅲ复制,一个细胞可复制1-5个质粒。
而松弛型由DNA多聚酶Ⅰ复制,一个细胞可复制30-50个质粒,如果用氯霉素可阻止蛋白质合成,使质粒有效利用原料,复制更多的质粒。
分子生物学实验室常见实验
分子生物学实验室常见实验
1.基因克隆:通过PCR扩增目标基因或外源基因,将其克隆到载体中,如质粒、病毒等,使其能够在宿主细胞中表达。
2. PCR:聚合酶链式反应,是一种可在体外扩增DNA序列的技术,适用于从少量DNA样品中扩增特定区域的DNA片段。
3. 蛋白质表达与纯化:通过基因克隆,将目标蛋白质表达于宿主细胞中,并通过蛋白质纯化技术将其纯化出来。
4. DNA测序:通过测序仪对DNA序列进行测定,可以用于基因组测序、基因突变分析等。
5. RNA干扰:通过RNA干扰技术,将RNA分子导入到细胞中,靶向特定的基因,从而抑制基因表达。
6. 细胞培养:将细胞放入培养皿中,提供合适的营养物,使其在体外生长并繁殖,可用于体外实验研究。
以上是分子生物学实验室常见实验,这些实验技术广泛应用于生命科学领域的基础研究和应用研究,为疾病诊断和治疗等方面提供了重要的科学支持。
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分子生物学实验小知识
1. DNA胶回收实验中Binding Buffer, Wash solution , Elution Buffer 的作用分别是什么?答:Binding Buffer是为了增加洗脱柱对核酸的结合活性;Wash solution的作用是洗掉柱子里除核酸以外的杂质;Elution Buffer就是最后把DNA从柱子上洗脱下来使用的溶液,一般是PH=8.0的TE,dd水也可以。
2. 植物学中6-BA是什么?答:6-BA是6-苄氨基嘌呤,是一种人工合成的细胞分裂素。
3. 继代培养是指愈伤组织在培养基上生长一段时间后,营养物枯竭,水分散失,并已经积累了一些代谢产物,此时需要将这些组织转移到新的培养基上,这种转移称为继代培养。
也可以称为传代培养。
而原代培养的定意是:直接从机体取下细胞、组织和器官后立即进行培养。
因此,较为严格地说是指成功传代之前的培养。
4. 琼脂糖凝胶电泳应用于核酸,SDS-PAGE应用于蛋白质。
5. 什么是OriC ?答:大肠杆菌染色体DNA复制起点为OriC。
它由422bp的DNA片段组成,其核苷酸序列已经搞清。
6. Rosseta(DE3)和Transetta(DE3)都是大肠杆菌的感受态细胞。
7. optimizing 优化;最佳化;最佳的optimum 最佳的;最适宜的8. 什么叫阳性克隆?答:含有重组DNA分子的克隆子被称为重组子。
如果重组子中含有外源目的基因则又称为阳性克隆子或期望重组子。
9. OD600是什么意思?答:OD600指的是某种溶液在600nm波长处的吸光值。
吸光值正比于溶液中的吸光物质的浓度,相应地与样品的透过率T值成反比,在数值上来说,它们之间是对数关系。
OD即是optical density 的意思10. 什么是菌液PCR?11.Ultratpure水(UP水)是超纯水,dd水是双蒸水(二次蒸馏),DI水是去离子水,D水是蒸馏水,RO水也称纯水。
12.transetta是北京Transgene(全式金)生物技术有限公司的一款感受态细胞的产品。
分子生物学实验
分子生物学实验分子生物学实验I. 实验概述分子生物学是生物学的一个重要分支,主要研究生物分子的结构、功能及其在生命过程中的作用。
在现代生命科学研究中,分子生物学技术的应用越来越广泛,包括基因克隆、基因表达、蛋白质结构、信号转导等多个方面。
本实验将介绍几种基本的分子生物学实验操作,包括DNA的提取、PCR扩增、电泳检测和蛋白质的SDS-PAGE分析,旨在提高学生对分子生物学基础知识和实验技能的掌握。
II. 实验材料及设备1. 细菌培养基、磷酸盐缓冲液、EDTA、裂解液等试剂;2. 离心管、洗涤管、PCR管、电泳槽等设备;3. 离心机、PCR仪、电泳仪等设备。
III. 实验步骤1. DNA的提取(1) 收集细胞收集需要提取DNA的细胞,如细菌、白细胞等。
将细胞转移到1.5mL离心管中。
(2) 细胞裂解加入200μl裂解液,轻轻摇晃离心管,使细胞充分裂解。
离心管可置于65°C水浴中处理10分钟,使DNA完全裂解。
(3) DNA提取加入500μl磷酸盐缓冲液和10μl EDTA,混匀后离心5分钟。
取上清液转移至新的离心管中,加入等体积的异丙醇,并轻轻倒置,使DNA在异丙醇界面上结团。
放置室温下10分钟,使用洗涤管将DNA结团转移到另一离心管中。
加入70%乙醇溶液洗涤2-3次,最后去除乙醇,用无菌水溶解DNA。
2. PCR扩增(1) 设计引物、制备PCR反应液按照所需扩增的DNA序列设计引物,制备PCR反应液,包括所需模板DNA、引物、Taq聚合酶、MgCl2等。
(2) PCR条件将PCR反应管放置PCR仪中,经过若干个循环,达到最终PCR产物的扩增。
PCR条件通常应选择对应引物特异性、Tm温度适中,并根据Taq聚合酶的活性和反应体系的最适条件优化所得。
常用的PCR条件为95℃预变性5min,94℃变性30s,Tm温度退火30s,72℃延伸1min,循环30-35次,最后72℃加延伸10min。
分子生物学实验基本技术
分子生物学实验进程
实验一 真核细胞染色体DNA的分离制备 DNA样品的纯化、定量和电泳检测 实验二 大肠杆菌感受态细胞的制备与重组质粒转化 实验三 碱变性法小量制备质粒 DNA的限制性酶切 实验四 琼脂糖凝胶中DNA片段的分离和回收 质粒DNA的连接和转化 实验五 真核细胞RNA的制备和逆转录PCR 实验六 Western印迹(上) 实验七 Western印迹(下) 实验八 外源基因在大肠杆菌中的诱导表达和检测 实验九 多聚酶链式反应(PCR)反应 实验十 Northern印迹 实验十一 Southern印迹 考试
1966
1972 1973 1973 1977 1977 1982 1986 2001
Finished unraveling the code; Nirenberg & Khorana
Recombinant DNA made in vitro; P. Berg DNA cloned on a plasmid; H. Boyer & S. Cohen Discovery of reverse transcriptase; H. Temin Rapid DNA sequencing; F. Sanger & W. Gilbert Discovery of split genes; Sharp, Roberts et al. Discovery of ribozymes; T. Cech & S. Altman Creation of PCR; K. Mullis et al. Human Genome Project; Venter, Collins and many others
段连接起来构成一个新的DNA分子的过程。
分子克隆(molecular cloning):重组体分子的无性 繁殖过程。
分子生物学实验
分子生物学实验引言分子生物学实验是研究生物体分子层面的结构和功能的实验方法。
通过在分子水平上研究细胞中的基因表达、蛋白质合成和代谢等过程,可以全面了解生物体的生理机制和疾病发生的分子基础。
本文将介绍常见的分子生物学实验方法和技术。
1. DNA提取实验DNA提取是分子生物学实验中的基础步骤,它的目的是从细胞中分离出DNA。
常用的DNA提取方法有酚/氯仿法、CTAB法和商业试剂盒法等。
以下是酚/氯仿法的步骤:1.收集样本组织或细胞:可以使用动植物组织、细菌、真菌等样本。
2.细胞破碎:使用细胞破碎缓冲液将样本破碎,释放出内部的细胞和胞浆。
3.蛋白质沉淀:加入酚/氯仿缓冲液,使蛋白质从细胞裂解物中沉淀。
4.DNA沉淀:将上一步的上清液加入异丙醇中沉淀DNA。
5.洗涤和溶解:用乙醇洗涤并净化DNA沉淀,最后用缓冲液溶解DNA。
2. PCR实验PCR(聚合酶链反应)是分子生物学中的一种重要技术,用于扩增特定的DNA片段。
PCR实验一般包括以下步骤:1.DNA模板准备:提取好的DNA作为PCR反应的模板。
2.反应组分配置:配置PCR反应体系,包括引物、脱氧核苷酸(dNTPs)、聚合酶和缓冲液等。
3.反应条件设定:设置PCR反应的温度和时间参数,包括变性、退火和延伸步骤。
4.PCR扩增反应:将PCR反应体系放入热循环仪中进行循环扩增。
5.PCR产物分析:使用凝胶电泳等方法对PCR产物进行分析和检测。
3. 克隆实验克隆实验是将DNA片段插入到载体DNA中,并通过细胞转化和筛选得到含有目标DNA的克隆。
以下是常见的克隆实验步骤:1.DNA片段选择:根据需要选择目标DNA片段,并通过酶切或PCR方法制备。
2.载体准备:选择适当的载体,如质粒或噬菌体,并进行酶切或PCR扩增。
3.构建重组体:将目标DNA片段和载体DNA连接,形成重组DNA。
4.细胞转化:将重组DNA引入宿主细胞中。
5.筛选克隆:通过筛选方法(如抗生素筛选)获得含有目标DNA的克隆。
分子生物学实验讲义(2020版-)
《分子生物学》实验讲义实验一分子生物学实验基础知识及常用仪器介绍实验二质粒DNA分离纯化实验三琼脂糖凝胶电泳实验四聚合酶链反应(PCR)检测质粒DNA实验五限制酶切鉴定质粒DNA实验一分子生物学实验基础知识及常用仪器介绍一、实验目的了解分子生物学实验特点,了解分子生物学实验室常用设备及基本实验操作。
二、实验内容1.分子生物学实验知识⑴严格操作规程分子生物学实验一般比较复杂,如所用试剂多、操作步骤多、实验时间长等,因此为保证实验效果,在实验室中一定要有整体观念,严格按照操作规程进行。
⑵耐心细致操作实验中不能急于求成,特别是对于初入门者,应反复操作,积累经验。
⑶习惯微量操作在分子生物学实验中,试剂的用量往往很少,常常细到1ul液体、ug或ng固体,这是平常肉眼很难看到的,所以刚刚接触实验的人往往感到不习惯,总是担心要取的东西能否看到、准不准确,操作的样品会不会丢失,总是想加大反应体积,以为越多越好。
这些观念都是错误的。
只有定时定量加入液体,才能保证实验成功,所以平时应加以练习,逐渐建立微量操作的观念才能解决好问题。
⑷防止实验污染分子生物学实验的对象主要是核酸,不同生物材料的DNA和DNA之间,不同的样品之间,核酸酶等蛋白酶与核酸之间,产物与反应物之间都有可能造成污染,最终导致实验的失败。
故要从所用试剂、仪器设备、耗材及操作人员等方面进行防止污染的操作。
⑸正确处理试剂分子生物学实验中对试剂的要求十分严格,包括试剂的等级、配制、除菌储备等各方面均有严格要求。
⑹注意实验安全分子生物学实验中,操作者常会接触一些对人体有害的试剂,必须实验安全要求进行实验操作,否则会给实验室甚至整个人类带来巨大的危害。
2.分子生物学实验常用仪器介绍⑴微量取液器⑵水纯化装置(离子交换器、超纯水装置)⑶离心机(低速、高速、超速)⑷电泳装置(电泳仪、电泳槽)⑸灭菌设备(高压蒸汽灭菌锅、过滤除菌器)⑹超净工作台⑺PCR仪⑻凝胶成像系统(紫外分析仪、核酸凝胶电泳图谱的记录)⑼温度控制设备(冷冻设备、培养箱、水浴箱、烤箱)⑽其它设备(紫外可见分光光度计、微波炉、凝胶干燥器、真空干燥仪)3.分子生物学基本实验操作⑴基因组DNA的分离与纯化(核酸浓度和纯度测定)⑵真核细胞mRNA的分离与纯化⑶质粒DNA的提取⑷PCR基因扩增实验⑸限制性内切酶酶切实验⑹DNA重组技术⑺DNA转移技术⑻DNA测序:化学法、双脱氧链终止法⑼核酸探针的制备技术:末端标记、PCR法制探针、非放射性探针⑽分子杂交技术:Southern印迹、Northern印迹和Western印迹4.微量移液器的使用可调节微量移液器标准操作程序(适用的液体:水、缓冲液、稀释的盐溶液和酸碱溶液):⑴调节数字至所需体积;⑵装上吸嘴(不同规格的移液器用不同的吸头),注意气密性);⑶按到第一档,垂直进入液面几毫米;⑷缓慢松开控制按钮(否则液体进入吸头过速会导致液体倒吸入移液器内部吸入体积减少);⑸停顿1s后将吸嘴提离开液面;⑹平稳按压打出液体。
分子生物学实验一二报告
分子生物学实验一二报告实验一:DNA提取引言:DNA提取是分子生物学实验中的基础实验,通过提取DNA我们可以进一步进行分子生物学上的一系列实验。
DNA提取的目的是从细胞中分离出DNA,常用于构建基因库、PCR扩增等实验。
材料与方法:1.取一定数量的细胞样本,如细菌、植物、动物组织等。
2.加入细胞裂解缓冲液,将细胞破裂释放DNA。
3.加入蛋白酶K以降解蛋白质。
4.加入酒精使DNA沉淀,并用无菌纯水洗涤DNA沉淀。
5. 用Tris-EDTA缓冲液溶解DNA。
6.用紫外可见光谱仪检测DNA浓度和纯度。
结果与讨论:通过以上步骤,我们成功地从细胞中提取出了DNA。
观察到DNA溶液呈现典型的黄绿色,说明DNA浓度较高。
利用紫外可见光谱仪检测DNA的浓度和纯度,结果显示DNA浓度为2μg/μL,纯度(A260/A280)为1.8,表明提取的DNA质量良好。
实验二:PCR扩增引言:PCR全称聚合酶链式反应,是一种快速、特异性并且高灵敏度的DNA扩增技术。
PCR可以扩增出目标DNA的大量复制品,常用于基因克隆、基因突变分析等实验。
材料与方法:1.准备PCR反应体系,包括目标DNA,引物,聚合酶、缓冲液及dNTPs。
2.将反应体系加入PCR仪中,设置好反应条件(温度、时间)。
3.进行PCR扩增反应。
4.用琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物。
结果与讨论:通过PCR扩增反应,我们成功得到了目标DNA的扩增产物。
在琼脂糖凝胶电泳中观察到明显的目标DNA条带,且相对应的分子量与预期一致。
这表明PCR扩增反应成功地复制出了目标DNA,并得到纯净的PCR产物。
结论:通过DNA提取实验,我们成功地从细胞中提取出了DNA,并通过PCR扩增技术得到了目标DNA的扩增产物。
这些结果验证了我们实验的有效性,并为后续的分子生物学研究奠定了基础。
附注:以上报告仅为示例,实际报告应根据具体实验结果和实验目的进行撰写。
分子生物学知识重点
分子生物学一、名词解释1.ORF 答:ORF是open reading frame的缩写,即开放阅读框架。
在DNA链上,由蛋白质合成的起始密码开始,到终止密码为止的一个连续编码列,叫做一个开放阅读框架。
2.结构基因答:结构基因(structural genes)可被转录形成mRNA,并翻译成多肽链,构成各种结构蛋白质或催化各种生化反应的酶和激素等。
3.断裂基因答:基因是核酸分子中贮存遗传信息的遗传单位,一个基因不仅仅包括编码蛋白质或RNA 的核酸序列,还包括保证转录所必需的调控序列、位于编码区 5' 端与 3' 端的非编码序列和内含子。
真核生物的结构基因,由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成,去除非编码区再连接后,可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质,这些基因称为断裂基因(split gene)。
4.选择性剪接答:选择性剪接(也叫可变剪接)是指从一个mRNA前体中通过不同的剪接方式(选择不同的剪接位点组合)产生不同的mRNA剪接异构体的过程,而最终的蛋白产物会表现出不同或者是相互拮抗的功能和结构特性,或者,在相同的细胞中由于表达水平的不同而导致不同的表型。
5.C值答:基因组的大小通常以其DNA的含量来表示,我们把一种生物体单倍体基因组DNA的总量成为C值(C value)。
6.生物大分子答:生物大分子指的是作为生物体内主要活性成分的各种分子量达到上万或更多的有机分子。
常见的生物大分子包括蛋白质、核酸、脂类、糖类。
7.酚抽提法答:酚抽提法最初于1976年由Stafford及其同事提出,通过改良,以含EDTA、SDS及无DNA酶的RNA酶裂解缓冲液破碎细胞,经蛋白酶K处理后,用pH8.0的Tris饱和酚抽提DNA,重复抽提至一定纯度后,根据不同需要进行透析或沉淀处理获得所需的DNA样品。
8.凝胶过滤层析答:凝胶过滤层析也称分子排阻层析或分子筛层析,利用凝胶分子筛对大小、形状不同的分子进行层析分离,是根据分子大小分离蛋白质混合物最有效的方法之一。
分子生物学实验技术
分子生物学实验技术分子生物学是现代生物学的重要分支之一,其在疾病预防、治疗和生物科技等方面有广泛应用。
本文将介绍分子生物学实验中常用的技术,并讨论其原理和应用。
一、基本实验技术1. DNA/RNA提取技术DNA/RNA提取是分子生物学实验中的基础技术之一。
DNA/RNA提取的目的是从细胞或组织中提取高质量的DNA或RNA,为其后续检测和研究做好准备。
现在市场上有多种DNA/RNA提取试剂盒,供实验室使用。
通常,提取DNA首先将组织/细胞裂解,然后进行蛋白质沉淀、DNA沉淀、洗涤和重溶等步骤。
而提取RNA则需要防止RNA酶的污染并保护RNA的完整性。
RNA提取常见的方法是直接裂解和三步酚-氯仿法等。
2. PCR技术PCR(聚合酶链式反应)技术是一种常用的分子生物学技术,用于扩增DNA片段。
PCR反应是在一个热循环下进行的,包括退火、结合和扩增阶段。
其中,退火温度用于将引物与靶DNA结合,获得高特异性;扩增阶段用于扩增目标DNA片段,通常在72℃左右进行。
PCR技术广泛应用于疾病的诊断、基因多态性分析、DNA指纹鉴定和基因工程等方面。
对于基因工程,PCR技术在基因克隆、定量PCR、mutagenesis、突变扫描和芯片检测等方面也有重要应用。
3. 转染技术转染技术是指将外源基因或其他化合物转入目标细胞中的技术。
常用的转染方法包括:病毒介导的转染、电穿孔、化学转染及基于脂质体的转染等。
转染技术在基因治疗、模型建立、基因表达分析、药物筛选和基因敲除等方面都有广泛应用。
二、高级实验技术1. 基因测序技术基因测序是分子生物学中应用最广泛的技术之一,用于确定DNA序列。
常用的基因测序技术包括Sanger测序和新一代测序(NGS)技术。
Sanger测序是一种传统的测序技术,通过DNA聚合酶、DNA模板、引物和ddNTPs(二脱氧核苷三磷酸)来扩增和定序DNA。
此外,NGS技术的基本原理是平行测序,利用高通量测序技术对DNA样本进行重复测序,得到高质量的DNA序列。
分子生物学研究中的基础实验技术介绍
分子生物学研究中的基础实验技术介绍分子生物学研究在基础科研和生命医学研究中扮演着重要的角色。
飞速发展的分子生物学研究技术以其高效、精准、可重复性的特点成为了生命科学家的必备工具。
让我们一起来了解几种分子生物学研究中的基础实验技术。
1. DNA/RNA提取技术DNA/RNA提取是分子生物学研究的第一步,是从生物样品中获取纯度高的DNA或RNA的方法。
此技术可以应用于蛋白质鉴定、基因组测序和表观遗传学等领域。
常用的DNA提取方法有酚-氯仿法、盐析法和列柱法等。
其中酚-氯仿法简单易行,适用于DNA纯化和分子生物学操作;盐析法适用于大量的DNA提取;列柱法纯度高,适用于对高纯度DNA样品的分离。
RNA提取方法有TRIZOL法、琼脂糖纯化法和磁珠分离法等。
其中TRIZOL法适用于处理多样本,在样品处理时间短、批量大的情况下性能最佳;琼脂糖纯化法操作简单、成本低,适用于处理样品量小且同时提取RNA和蛋白质;磁珠分离法成本较高,但是它的效率和纯度都较高,可以用于小样本RNA提取和mRNA 纯化。
2. PCR技术PCR技术是基于DNA复制和扩增的技术,可用于DNA序列特异性检测、测序、基因表达分析和基因编辑等应用领域。
PCR技术是利用DNA聚合酶的反复循环态增加目标DNA分子的过程,从而扩增目标DNA分子,它是分子生物学研究中必须熟练掌握的基本操作之一。
PCR反应至少含有数量合适的引物、5'磷酸化的DNA模板、聚合酶、核酸酶抑制剂(RNase inhibitor)等组分。
PCR的引物选择是扩增成功的关键,匹配、降寶和引物长度的选择都会影响PCR扩增结果的可靠性。
3. 南方杂交南方杂交是一种测定核酸序列间同源性和差异性的分析方法,适用于在DNA或RNA样品中检测突变、重排和拷贝数变异等事件。
该方法在医学、生态、植物学和动物学等领域应用广泛。
南方杂交技术的基本原理是利用蛋白质-核酸之间的特异性结合,检测序列相似性。
分子生物学基础实验
分⼦⽣物学基础实验分⼦⽣物学基础实验实验⼀质粒DNA的⼩量制备⼀、实验原理载体:要把⼀个有⽤的外源基因通过基因⼯程⼿段,送进细胞中去进⾏繁殖和表达,需要运载⼯具,携带外源基因进⼊受体细胞的这种⼯具就叫载体是⼀个复制⼦,载体有复制点才能使与它结合的外源基因复制繁殖;<2)载体在受体细胞中能⼤量增殖,只有⾼复制率才能使外源基因在受体细胞中⼤量扩增;<3)载体DNA链上有1到⼏个限制性内切酶的单⼀识别与切割位点,便于外源基因的插⼊;<4)载体具有选择性的遗传标记,如有抗四环素基因质粒质粒在细胞内的复制,⼀般分为两种类型:严密控制型40%-50%.质粒pBR322、pUC19就是由ColE Ⅰ衍⽣的质粒.所有分离质粒DNA的⽅法都包括三个基本步骤:培养细菌使质粒扩增;收集和裂解细菌;分离和纯化质粒DNA.采⽤溶菌酶可破坏菌体细胞壁,⼗⼆烷基硫酸钠质粒DNA的相对分⼦量⼀般在106-107范围内,如质粒pBR322的相对分⼦质量为2.8×106,质粒pUC19的相对分⼦质量为1.7×106.在细胞内,共价闭环DNA⼆、实验⽬的1.掌握最常⽤的提取质粒DNA的⽅法和检测⽅法.2.了解制备原理及各种试剂的作⽤.三、实验材料和试剂材料:⼤肠杆菌E.coli,质粒pegf.试剂:LB培养基:10g/L胰蛋⽩胨,5g/L酵母提取物,10g/L NaCl,⽤NaOH调pH⾄7.3左右.如固体培养基则添加15g/L琼脂.溶液Ⅰ溶液Ⅱ<0.2mol/LNaOH(内含1%SDS>):预先配制1%SDS母液,临⽤前⼀天晚上加⼊0.2mol/LNaOH,4℃保存.溶液Ⅲ酚/氯仿液(V/V=1/1>:酚为重蒸酚,配制时,先将氯仿中加⼊异戊醇,使其体积⽐为24:1,然后等量的加⼊重蒸酚,混匀,并⽤0.1mol/LTris-HCl (pH7.6>抽提⼏次以平衡这⼀混合物,于棕⾊瓶中存放,并在上⾯覆盖等体积的0.01 mol/LTris-HCl(pH7.6>,4℃保存.6.⽆⽔⼄醇7.70%⼄醇pH8.0TE缓冲液:10mmol/LTris-HCl、1mmol/LEDTA,其中含RNA酶20µg/mL.仪器:恒温培养箱、恒温摇床、超净⼯作台、⾼压蒸汽灭菌锅、台式⾼速离⼼机、台式⼩型振荡器、EP管(1.5mL微量离⼼管>、加样器(20uL~lmL>、吸头.四、操作步骤<⼀)培养细菌将带有质粒pegf的⼤肠杆菌接种在含50µg/mL卡那霉素(Ka+>的LB液体培养基中,37℃振荡培养过夜.注意:添加Ka+时,须待LB 培养基冷却到50℃左右⽅可加⼊.<⼆)从菌落中快速提取制备质粒DNA1.取1.5mL(750uL取两次>菌液置于1.5mL Ep管中,10000rpm 离⼼3min.2.弃上清,重复步骤1,弃上清,加⼊150µL GET缓冲液,在涡旋混合器上充分混匀.3.加⼊300µL新配制的0.2mol/L NaOH(内含1%SDS>,加盖,颠倒<不要振荡)3次,使之混匀.4.加⼊225µL冰冷的⼄酸钾溶液.加盖后,颠倒<不要振荡)3次使之混匀.5.10000rpm离⼼5min,上清液吸⾄另⼀⼲净的1.5mL Ep中,如上清液浑浊则需重新离⼼⼀次.6.于上清液中加等体积氯仿,振荡混匀,10000rpm离⼼5min,⼩⼼吸取上清液,转移⾄另⼀⽀1.5mL Ep管中,注意勿将两液相中间的⽩⾊蛋⽩薄层吸出.7.向上清液加⼊2倍体积⽆⽔⼄醇,混匀,⽤离⼼机于10000rpm 离⼼5min.⼩⼼吸去上清液.8.⽤0.5mL 70%⼄醇洗涤沉淀⼀次,10000rpm离⼼5min,除尽⼄醇,室温⾃然⼲燥(将离⼼管倒置于⼀张纸⼱上>,备⽤. 9.⽤20uL TE重新溶解DNA,置于4℃保存,供电泳使⽤.贮存于-20℃备⽤,可长期保存.实验⼆ DNA的含量、纯度与分⼦量的电泳法测定⼀、实验原理测定核酸通常采⽤两种⽅法:即紫外分光光度法与琼脂糖凝胶电泳法.1.紫外分光光度法DNA或RNA定量时,应在260nm和280nm两个波长下读数.根据计算在260nm波长下,每1ug/mL DNA钠盐的A值为0.20,即在A260=1时,双链DNA含量为50ug/mL,单链DNA与RNA含量为40ug/mL,单链寡核苷酸的含量为33 ug/mL.双链DNA含量=A260×50×稀释倍数RNA含量=A260×40×稀释倍数单链DNA含量=A260×33×稀释倍数此外还可以根据260nm和280nm的读数间的⽐值2.琼脂糖凝胶电泳法根据DNA分⼦量不同,采⽤外加电场使其分开,⽤EB嵌⼊DNA 分⼦后在紫外下显荧光.⽽荧光强度正⽐于DNA的含量,如将已知浓度的标准样品表2-1作为电泳对照,就可以估计出待测样品的浓度.电泳后的琼脂凝胶糖直接在紫外灯下拍照,只需要5-10ngDNA,就可以从照⽚上⽐较鉴别.由于电泳时所⽤的样品量⾮常少,只要将浓度控制在⼏⼗纳克即可,所以在基因⼯程中经常被⽤做检测DNA样品.表2-1 λDNA/ Hind Ⅲ中DNA⽚断⼆、实验⽬的1.从以上实验中提取到的质粒DNA,为了能作下⼀步的酶切,连接及转化实验,必须测定DNA的纯度、含量以及分⼦量⼤⼩.2.本实验旨在学习⽔平式琼脂糖凝胶电泳,学习检测DNA、含量与相对分⼦质量⼤⼩.三、实验材料和试剂材料:⾃制的质粒DNA、λDNA/ Hind Ⅲ、.试剂:1.标准DNAmarker(λDNA/ Hind Ⅲ>2.限制性内切酶HindⅢ和10X缓冲液3.酶反应中⽌液:0.2 5%溴酚蓝(含40%蔗糖>,已配好.4.溴化⼄锭染液5.0.5×TBE缓冲液:Tris 2.18g、硼酸1.10g、EDTA-Na20.14g ⽤蒸馏⽔定容⾄400mL.可配成5×TBE母液,使⽤时稀释10倍即可.6.0.7%琼脂糖仪器:37℃⽔浴锅、微波炉、稳压电泳仪、凝胶成像系统、电泳槽、Eppendorf架、恒温摇床、台式⼩型振荡器、Ep管(1.5mL>、加样器(20uL~lmL>、吸头.四、实验操作<⼀)质粒DNA的酶解1.新提的质粒,在10uL的体系中⽤单⼀酶<如E co RⅠ)进⾏处理,即:质粒DNA 2µL10×缓冲液1µLE co RⅠ0.5µLddH2O 6.5µL2.37℃,保温30min.3.加⼊1/10体积的酶反应终⽌液,混匀以停⽌酶解反应.各酶解样品于冰箱中贮存备⽤.<⼆)琼脂糖凝胶板的制备1.琼脂糖凝胶的制备称取1.0g琼脂糖,置于锥形瓶中,加⼊100mL TBE缓冲液,瓶⼝倒扣⼀⼩烧杯,于电炉上加热,注意:防⽌溢出,由于琼脂糖较难溶解,如果⽔分损失较⼤,则补充⼀定量的蒸馏⽔,使其终浓度为1%.2.胶板的制备将有机玻璃内槽洗净、晾⼲.取胶带纸将有机玻璃内槽的两端边缘封好,形成⼀个边脚模⼦.注意:将橡⽪膏紧贴在有机玻璃内槽两端边上,不能留空隙.将有机玻璃内槽置于⽔平位置,放好样品槽模板(⼀般称之为梳⼦>,将冷却⾄65℃左右的琼脂糖凝胶,⼩⼼地倒在内槽上,控制灌胶速度,使胶液缓慢地展开,直到整个有机玻璃板表⾯形成均匀的胶层.室温下静置1h左右,待凝固完全后,轻轻拔出样品槽模板,撕去胶带纸,胶板上即形成相互隔开的样品槽.将有机玻璃内槽放⼊电泳槽中,加⼊0.5×TBE电泳缓冲液,以盖过胶板为宜.胶板内的样品⼩槽3.加样⽤微量加样器将上述样品分别加⼊胶板的样品⼩槽内,每次加完⼀个样品为了避免交叉污染,各样品⽤不同的吸头,以免造成限制酶被污染.加样时,吸头不要插⼊胶板内,防⽌碰坏样品槽周围的凝胶⾯,每个样品槽的加样量不宜过多,本实验加样为10uL左右.4.电泳加完样品后应⽴即通电,进⾏恒压电泳.在低压条件下,线形DNA ⽚段的迁移速度与电压成⽐例关系,为了获得电泳分离DNA ⽚段的最⼤分辨率,电场强度不应⾼于5V/cm.当溴酚蓝染料<蓝⾊)移动到距离胶板下沿约1~2cm处,停⽌电泳.5.染⾊将电泳后的凝胶浸⼊EB染液中,进⾏染⾊以观察在琼脂糖凝胶中的DNA带.染⾊15min后,⽤⼤量⽔冲洗.6.观察在波长为254nm的紫外灯下,观察染⾊后的电泳凝胶.DNA存在处显⽰出红⾊荧光条带.⽤凝胶⾃动成像仪处理代替.实验三感受态细胞的制备及转化⼀、实验原理感受态就是细菌吸收转化因⼦的⽣理状态,只有发展为感受态的细胞才能稳定摄取外来的DNA分⼦.转化是将外源DNA分⼦引⼊受体细胞,使之获得新的遗传性状的⼀种⼿段.转化的基本原理是细胞处于0℃,CaCl2低渗溶液中,细胞膨胀成球形,转化混合物中的DNA形成抗DNase的羟基-钙磷酸混合物粘附于细胞表⾯,经42℃短时间热冲击处理,促使细胞吸收DNA复合物,在选择性培养基平板上培养,可选出所需的转化⼦.⼆、实验⽬的1.学习和理解影响细胞感受态的因素,掌握感受态细胞的制备⽅法. 2.掌握质粒的转化⽅法.把体外DNA引⼊受体细胞,使受体菌具有新遗传性,并从中选择出转化⼦.三、实验材料和⽤具材料:⾃制的质粒DNA、⼤肠杆菌(E.coli>菌种(DH5α菌株>.试剂:LB琼脂平板 (⽆抗⽣素>、LB琼脂平板 (含50µg/L卡那霉素>、LB液体培养基5mL(⽆抗⽣素>、LB液体培养基100mL(⽆抗⽣素>、LB液体培养基5mL(含50µg/L卡那霉素>、0.1mol/LCaCl2溶液(灭菌备⽤>.仪器:恒温培养箱、恒温摇床、接种环、涂布器、冷冻离⼼机、离⼼管、超净⼯作台、⾼压蒸汽灭菌锅.四、操作步骤(⼀>⼤肠杆菌感受态细胞的制备1.从新活化的E.coli DH5α菌平板上挑取⼀单菌落,接种于5mL液体培养基中,37℃振荡培养过夜,直⾄对数⽣长期.将该菌悬液以1:50接种于50mL LB液体培养基中,37℃快速振荡培养3~4h.2.取5mL培养液放⼊离⼼管中, 5000rpm离⼼10min.3.可⽤加样器将残余液体尽量去净,⽤1mL预冷的0.1mol/LCaCl2溶液轻轻悬浮细胞,冰上放置15~30min.4. 5000rpm离⼼10min.5.弃上清,加⼊200µL预冷的0.1mol/LCaCl2溶液,⼩⼼悬浮细胞,冰上放置⽚刻,即制成了感受态细胞悬液.6.制好的感受态细胞可在冰上放置,24h内直接⽤于转化实验,也可加⼊占总体积95%左右⾼压灭菌过的⽢油,混匀后分装于Ep管中,-70℃条件下可保存半年⾄⼀年.(⼆>细胞转化将以上各样品轻轻摇匀,冰上放置30min 后,于42℃⽔浴中保温90s ,然后迅速在冰上冷却3~5min.上述各管中分别加⼊400µL LB 液体培养基,使总体积为500µL ,该溶液称为转化反应原液,摇匀后于37℃振荡培养45~60min ,使受体细胞恢复正常⽣长状态,并使转化体产⽣抗药性.(三>平板培养取各样品培养液100µL 分别接种于含卡那霉素和不含卡那霉素的LB 平板培养基上(分别记为Ka +和Ka —>,涂匀.37℃培养24h ,待菌落⽣长良好且未相互重叠时停⽌培养.(四>检出转化体五、注意事项1.这⼀个实验中的所有操作均要为⽆菌操作,在超净⼯作台内进⾏.2.细胞转化中,42℃⽔浴90s 要准确操作.3.制备感受态细胞过程中,需要在冰上放置的⼀定不要在室温中放置.六、思考题1.质粒的基本性质有哪些?答:质粒主要在基因⼯程中⽤于重组质粒的构建.所以它有以下性质:(1>质粒能在寄主细胞中“友好”地“借居”,能够⾃我复制,或整合到染⾊体上,随染⾊体进⾏复制.<2)有多个限制酶切点(便于进⾏切割><3)有标记基因,以便于进⾏检验是否成功导⼊受体细胞.(2>为什么质粒DNA 不能反复在4℃、-20℃、室温中放置?为达到这⼀⽬的,需要注意些什么?答:将质粒DNA 反复在4摄⽒度,-20摄⽒度放置,室温中放置会导致环状的DNA 的断裂成线性的分⼦,不能得到环状的DNA 分⼦.所基含抗⽣素培养基结果分析受体菌对照组有⼤量菌落长出⽆菌落长出本实验未产⽣抗药性菌株质粒对照组⽆菌落长出⽆菌落长出质粒DNA 不含杂菌转化实验组有⼤量菌落长出有菌落长出质粒进⼊受体菌中产⽣抗药性以为了避免这⼀问题对于提取的DNA,因根据使⽤其的时间不同⽽作区别的处理:对于近段时间就要⽤的质粒DNA因根据使⽤⽽对于长时间不⽤的质粒DNA,则应保存在-20摄⽒度的冰箱中,因为在相对低的温度下质粒可以保存较长的时间.申明:所有资料为本⼈收集整理,仅限个⼈学习使⽤,勿做商业⽤途。
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分子生物学实验基础知识分子生物学是在生物化学基础上发展起来的,以研究核酸和蛋白质结构、功能等生命本质的学科,在核酸、蛋白质分子水平研究发病、诊断、治疗和预后的机制。
其中基因工程(基因技术,基因重组)是目前分子生物学研究热点,这些技术可以改造或扩增基因和基因产物,使微量的研究对象达到分析水平,是研究基因调控和表达的方法,也是分子水平研究疾病发生机制、基因诊断和基因治疗的方法。
转化(trans formation)、转染、转导、转位等是自然界基因重组存在的方式,也是人工基因重组常采用的手段。
基因重组的目的之一是基因克隆(gene clone),基因克隆可理解为以一分子基因为模板扩增得到的与模板分子结构完全相同的基因。
使需要分析研究的微量、混杂的目的基因易于纯化,得以增量,便于分析。
外来基因引起细胞生物性状改变的过程叫转化(transformation),以噬菌体把外源基因导入细菌的过程叫转染(transfection)。
利用载体(噬菌体或病毒)把遗传物质从一种宿主传给另一种宿主的过程叫转导(transduction)。
一个或一组基因从一处转移到基因组另一处的过程叫转位(transposition),这些游动的基因叫转位子。
一、基因工程的常用工具(一)载体载体(Vector)是把外源DNA(目的基因)导入宿主细胞,使之传代、扩增、表达的工具。
载体有质粒(plasmid)、噬菌体、单链丝状噬菌体和粘性末端质粒(粘粒)、病毒等。
载体具有能自我复制;有可选择的,便于筛选、鉴定的遗传标记;有供外源DNA插入的位点;本身体积小等特征。
质粒存在于多种细菌,是染色体(核)以外的独立遗传因子,由双链环状DNA组成,几乎完全裸露,很少有蛋白质结合。
质粒有严紧型和松弛型之分。
严紧型由DNA多聚酶Ⅲ复制,一个细胞可复制1-5个质粒。
而松弛型由DNA多聚酶Ⅰ复制,一个细胞可复制30-50个质粒,如果用氯霉素可阻止蛋白质合成,使质粒有效利用原料,复制更多的质粒。
质粒经过改造品种繁多,常用的有pBR322、pUC系列等。
这些质粒都含有多个基本基因,如复制起动区(复制原点Ori),便于复制扩增;抗抗生素标记(抗氨芐青霉素Ap r、抗四环素Tc r等)或大肠埃希菌部分乳糖操纵子(E.coli LacZ)等,便于基因重组体的筛选;基因发动子(乳糖操纵子Lac、色氨酸操纵子Trp等)和转录终止序列,便于插入的外源基因转录、翻译表达。
质粒上还有许多限制性内切酶的切点,即基因插入位点,又叫基因重组位点,基因克隆位点。
常用噬菌体载体有单链噬菌体M13系统;双链噬菌体系统。
噬菌体应和相应的宿主细胞配合使用。
以上载体各有特点,便于选择,灵活应用。
(二)工具酶工具酶是基因重组技术不可缺少的工具。
主要有限制性内切酶、连接酶、核酸聚合酶、逆转录酶、核酸酶等。
限制性内切酶有Ⅰ型和Ⅱ型限制性DNA内切酶之分,Ⅱ型能严格识别核酸序列,并在识别区内特定的核苷酸处切开DNA双链。
故通常所指都是Ⅱ型限制性DNA内切酶。
识别分四核苷酸和六核苷酸,其序列旋转对称。
切口分开端和粘端,产生3′-OH和5′-P末端。
内切酶品种多,使用时应注意温度、缓冲液用量(一般1μg DNA/2-5单位酶)等反应条件。
连接酶有T4噬菌体DNA连接酶、T4噬菌体RNA连接酶、大肠埃希菌DNA连接酶等。
DNA连接酶可连接平端,也连接粘端。
反应需有Mg2+和ATP存在,pH7.5-7.6。
最适温度37℃,30℃以下活性明显下降,但考虑到被连接DNa 的稳定性和粘性末端的退火温度,一般平端连接用20-25℃,粘端连接用12℃左右。
聚合酶有DNA聚合酶(以DNA为模板合成DNA大肠埃希菌DNA聚合酶Ⅰ,大肠埃希菌DNA聚合酶Ⅰ大片段(Klenow大片段),T4或T7噬菌体DNA聚合酶等);RNA聚合酶(以DNA为模板合成R NA,T7或T3噬菌体RNA聚合酶);逆转录酶(以RNA为模板合成DNA,除RNA病毒中发现外,发现大肠埃希菌DNA聚合酶Ⅰ和Taq DNA聚合酶都有逆转录活性)。
大肠埃希菌DNA聚合酶Ⅰ具有5′→3′聚合酶活性和5′→3′,3′→5′外切酶活性。
Klenow片段是DNA聚合酶Ⅰ被枯草杆菌酶作用产生的一个大片段,有5′→3′聚合酶和5′→3′外切酶活性,无3′→5′外切酶活性。
可用于缺口翻译(Nick translation)法标记核酸,也可用于DNA序列测定,修补DNA链等。
核酸酶有DNase、RNase、核酸酶S1等,可水解相应的DNA和RNA,核酸酶S1可降解单链DNA 和RNA,用量增大也可降解双链核酸。
它可用于切去ds-cDNA合成中产生的发夹环。
末端转移酶在Mg2+存在下,选择3′-OH端单链DNA为引物加成核苷酸,在Co2+存在下,选择3′-OH端双链DNA为引物加成核苷酸,形成多聚核苷酸尾。
常用于核酸末端标记和核酸连接的互补多聚尾(连接器)。
碱性磷酸酶去除5′-P,可防止二分子DNA片段5′端P基团自身空间障碍,影响DNA分子之间的连接,一般用碱性磷酸酶处理载体DNA除去5′端P基团,在连接酶作用下目的基因的5′端P先与载体3′端OH连接,再通过复制修复另一条链,使二条链完全连接。
该方法大大提高了连接效率(图18-1)。
图18-1经碱性磷酸酶处理后载体DNA与目的基因DNA的连接二、目的基因常把需研究的基因称为目的基因,需分析的基因称靶基因,在基因克隆过程中有时两者均称为插入基因,有时三者含义相近。
简单的原核生物目的基因可从细胞核中直接分离得到,但人类的基因分布在23对染色体上,较难从直接法得到。
简短的目的基因可在了解一级结构或通过了解多肽链一级结构氨基酸编码的核苷酸序列基础上人工合成。
但多数的目的基因由mRNA合成cDNA(complementary DNA,反转录DNA)得到。
CDNA通过各种方式与载体连接,克隆可得到全长cDNA或片段,用于探针制备、序列分析、基因表达等研究。
因此以cDNA为研究材料反映了mRNA的转录及对以后翻译的影响情况,即反映某一基因(DNA)外显子的情况。
(图18-2)图18-2目的基因cDNA的合成三、基因库的建立建立基因库的目的是为了便于目的基因的保存、扩增和纯化。
基因库是利用工具酶,通过基因重组技术和转化、筛选而建立,也是基因克隆的过程。
实际上是利用低等生物如细菌、病毒、噬菌体等生长快,繁殖力强的特点,而作为一种核酸扩增筛选的载体,把人类等高等生物的基因或其片段用工具酶插入,重组于其中,经筛选,克隆得到目的基因与载体重组的重组基因,成为便于保存,取用方便的基因库。
基因库交流是研究室之间交流目的基因的常用方式。
(一)基因重组基因重组方案很多,简单的可用同一种限制性内切酶分别在载体和目的基因切出相对应的切口,便于连接。
也可用末端连接酶合成连接器(图18-3)。
近年,Okayama方案为实验室普遍采用,该方法可得到全长的cDNA。
(二)转化转化目的是把有复制能力,但在细胞外无复制活性的目的基因-载体重组体装入细胞(大肠埃希菌),使目的基因随载体在细胞内复制、扩增。
实验步骤介绍如下:图18-3基因重组方案之一⒈大肠埃希菌的处理(增加细胞膜通透性,便于基因进入细胞)大肠埃希菌(E.Coli cells)接种于Lb agar培养基,37℃培养一晚。
挑选3~5个大菌落,接种于50ml LB培养基,37℃,振摇培养一晚后,在A550测定,要求细菌繁殖一定量(一般为细菌对数生长期),野生型(rec+,5x107cells/ml)为0.2-0. 3,缺陷型(rec-,5x107cells/ml)为0.5-0.6。
离心弃去上清液,用20ml,50mmol/L,CaCl2悬浮菌体。
冰浴20分钟,低温离心。
弃上清液,用2.5ml冰50mmol/l CaCl2悬浮。
4℃可保存48小时,用于转化,称competent cells。
⒉质粒(如经基因重组建立的重组质粒,基因库等)的转化将competent cells(以美国BRL公司D H10B菌株为例)置冰水浴。
同时将Falcon2059(传热系数稳定)塑料试管置冰水浴。
取100μl菌液(D H10B)于2059试管中,加10倍稀释的巯基乙醇1μl,冰浴轻摇2分钟,放置10分钟。
取0.1-50ng质粒加入试管,轻轻摇匀,冰浴30分钟。
此间备好42℃水浴。
并将SOC培养基置42℃备用。
将试管置于42℃,轻摇45秒钟,马上置冰浴2分钟。
使competent cells热胀冷缩,把质粒导入菌体。
加42℃SOC培养基0.9ml于试管,37℃培养1小时。
1000rpm离心10分钟,弃上清液,用200μlSOC培养基悬浮菌体。
接种于LB-氨芐青霉素(100U/ml)培养皿,37℃培养一晚。
已转化的菌体可形成菌落(因质粒上有抗氨芐青霉素基因)。
在了解目的基因或其产物的基础上对菌落进行鉴定。
并在LB培养液中扩大培养。
基因库的建立、转化、筛选、扩增、纯化的过程就是基因克隆的过程。
LB培养基(1L):10g蛋白胨,5g酵母膏,10g NaCl,高压灭菌,pH7.5。
SOB培养基(1L):20g蛋白胨,5g酵母膏,0.5g NaCl,高压灭菌。
另外准备2mol/L镁溶液(1m ol/L氯化镁与1mol/L硫酸镁等量混匀,过滤灭菌),临用前加1ml于100ml培养基。
SOC培养基(100ml):临用前加入1ml过滤灭菌的2mol/L葡萄糖。
四、核酸的分离与纯化核酸存在于多种细胞,如病毒、细菌、寄生虫、动植物细胞;多种标本中,如血液、组织、唾液、尿液等其它来源的标本。
因此分离方法复杂而多样。
又因各种DNA、RNA的丰度差异,各种分析方法对核酸的纯度与量的要求有差异,因此在实验前应对采用的方法有所了解和选择。
总的说来核酸的分离与纯化是在溶解细胞的基础上,利用苯酚等有机溶剂抽提(核酸溶于缓冲液,即水相),分离,纯化;乙醇、丙酮等有机溶剂沉淀,收获。
溶解细胞的方法因标本不同而不同,有用SDS加NaOH,有用蛋白酶,有的用超声波破碎等方法,苯酚提取主要使蛋白质变性沉淀于有机相,而核酸保留在水相,达到分离核酸的目的。
实验上生物标本中含量最多的就是蛋白质。
为了除去分离过程中残留的有机溶剂,常用的方法是加冷乙醇和盐沉淀核酸,通过离心回收核酸,然后用70%-80%乙醇洗涤沉淀,除去多余的盐,以免影响核酸溶解和抑制后续步骤的酶促反应。
为了得到纯的核酸可用蛋白酶除去蛋白,用RNA酶除去RNA,得到纯的D NA,用DNA酶除去DNA而获得RNA。
目前开发了许多商品化的核酸分离柱,可简单、快速地分离得到纯度很高的DNA或RNA。
其分离原理有的利用核酸的分子量差异,有的利用需分离核酸的特点与其特异性结合达到分离、回收的目的。