分子生物学基础知识

前言中心法则：

第一章PCR

一、概念：

PCR(聚合酶链式反应，Polymerase Chain Reaction）是利用DNA在体外摄氏95°高温时变性会变成单链，低温（经常是60°C左右）时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度（72°C左右），DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互补链。

二、原理：

DNA的半保留复制是生物进化和传代的重要途径。双链DNA在多种酶的作用下可以变性解旋成单链，在DNA聚合酶的参与下，根据碱基互补配对原则复制成同样的两分子挎贝。在实验中发现，DNA在高温时也可以发生变性解链，当温度降低后又可以复性成为双链。因此，通过温度变化控制DNA的变性和复性，加入设计引物，DNA聚合酶、dNTP就可以完成特定基因的体外复制。

PCR技术的基本原理类似于DNA的天然复制过程，其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。PCR由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成：①模板DNA的变性：模板DNA经加热至95℃左右一定时间后，使模板DNA 双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离，使之成为单链，以便它与引物结合，为下轮反应作准备；②模板DNA与引物的退火（复性）：模板DNA经加热变性成单链后，温度降至60℃左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合；③引物的延伸：DNA模板--引物结合物在72℃、DNA聚合酶（如Taq DNA聚合酶）的作用下，以dNTP为反应原料，靶序列为模板，按碱基互补配对原则与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链，重复循环变性--退火--延伸三过程就可获得更多的“半保留复制链”，而且这种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环需2～4分钟，2～3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。

三、引物

PCR反应中有两条引物，即5′引物和3′引物。设计引物时以一条DNA单链为基准（常以信息链为基准），5′端引物与位于待扩增片段5′端上的一小段DNA 序列相同；3′端引物与位于待扩增片段3′端的一小段DNA序列互补。

引物设计的基本原则

①引物长度：15-30bp，常用为20bp左右，Tm值在60℃比较好。

②引物碱基：G+C含量以40-60%为宜，G+C太少扩增效果不佳，G+C 过多易出现非特异条带。

常用引物设计软件有：Primer Premier5.0 、Vector NTI Suit、DNAstar等

Tm值：

Tm值就是DNA熔解温度，指把DNA的双螺旋结构降解一半时的温度。不同序列的DNA，Tm值不同。DNA中G－C含量越高，Tm值越高，成正比关系。

Tm计算公式为：Tm = 4℃(G + C)+ 2℃(A + T)

四、示意过程：

例如：Taq Plus DNA Polymerase(P201)

附：DNA与RNA的区别？

1、组成单位不同：DNA的组成单位是脱氧核苷酸，RNA的组成单位是核糖核苷酸，

2、组成碱基不同：DNA的组成碱基是ATGC，RNA的组成碱基是AUGC

3、组成五碳糖不同：DNA的组成五碳糖是脱氧核糖，RNA的组成五碳糖是核糖，

4、空间结构不同：DNA是双螺旋结构，RNA一般是单链。

5、功能不同：DNA是遗传物质，RNA一般在细胞中不作为遗传物质。

第二章逆转录

一、概念：

逆转录(reverse transcription)是以RNA为模板合成DNA的过程。以DNA为模板合成RNA的过程叫做转录，此过程与该流动方向（DNA到RNA）相反，故称为逆转录。

二、原理：

人们通过体外模拟该过程，以样本中提取的mRNA为模板，在逆转录酶的作用下，合成出互补的cDNA，构建cDNA文库，并从中筛选特异的目的基因。该方法已成为基因工程技术中最常用的获得目的基因的策略之一。

三、mRNA：

Messenger RNA (mRNA）——又叫做信使RNA，是一类在蛋白质合成时充当模板的RNA。信使RNA是脱氧核糖核酸（DNA）转录合成的带有遗传信息的一类单链RNA。它在核糖体上作为蛋白质合成的模板，决定肽链的氨基酸排列顺序。mRNA存在于原核生物和真核生物的细胞质及真核细胞的某些细胞器（如线粒体和叶绿体）中。

在真核生物中，最初转录生成的RNA称为核不均一RNA（heterogeneous nuclear RNA，hnRNA），然而在细胞浆中起作用，作为蛋白质的氨基酸序列合成模板的是mRNA（messenger RNA）。hnRNA是mRNA的未成熟前体。两者之间的差别主要有两点：一是hnRNA核苷酸链中的一些片段将不出现于相应的mRNA中，这些片段称为内含子（intron），而那些保留于mRNA中的片段称为外显子（exon）。也就是说，hnRNA在转变为mRNA的过程中经过剪接，被去掉了一些片段，余下的片段被重新连接在一起；二是mRNA的5′末端被加上一个m7pGppp帽子，在mRNA3′末端多了一个多聚腺苷酸（polyA）尾巴。

mRNA的核苷酸序列与DNA序列相应，决定着合成蛋白质的氨基酸序列。三个核苷酸组成一个密码子，每个密码子由三个前后相联的核苷酸组成，一个密码子只为一种氨基酸编码。共有64个密码子。

四、示意过程

附：

逆转录实验的注意事项：

1、RNA容易降解。RNase A酶非常稳定，是导致RNA降解最主要的物质。它在一些极端的条件可以暂时失活，但限制因素去除后又迅速复性。用常规的高温高压蒸气灭菌方法和蛋白抑制剂都不能使RNase完全失活。它广泛存在于人的皮肤上，因此，在与RNA制备有关的分子生物学实验时，必须戴手套。

2、用TRIZOL或RNA提取试剂盒提取的总RNA，包括信使RNA(mRNA)，转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。其中核糖体RNA(rRNA)占总RNA的80-85%，信使RNA(mRNA)只占1-2%。