DNA抽提和质粒DNA制备

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,DNA,抽取和质粒,DNA,制备,1,提取DNA总的原则,1 保证核酸一级结构的完整性；,2 其他生物大分子如蛋白质、多糖和脂类 分子的污染应降低到最低程度；,3 核酸样品中不应存在对酶有抑制作用的有机溶剂和过高浓度的金属离子；,4 其他核酸分子，如,RNA，,也应尽量去除。,2,核酸分子抽提的技术设计,核酸的释放：,破裂细胞 释放核酸,机械法与非机械法（非机械法中,溶胞法,是应用最广泛的方法）,核酸的分离与纯化：,将含有核酸分子复杂复合物中，将核酸与其他物质分离,非核酸的大分子污染物（蛋白质、多糖和脂类分子）、非需要的核酸分子、试剂和溶液,3,4,5,核酸的浓缩、沉淀与洗涤,沉淀可去除部分杂质与某些盐离子,加入一定的盐类（醋酸钠、氯化钠等）后使用有机溶剂（如乙醇、异丙醇等）,少数盐类可使用70-75%的乙醇洗涤,6,鉴定与保存,（一）核酸的鉴定,浓度鉴定,纯度鉴定,完整性鉴定,7,浓度鉴定,1,紫外分光光度法：测定,DNA,在,A,260nm,的光吸收值。,如计算,DNA,浓度,A,260,稀释倍数50,g/ml,紫外分光光度法只用于测定浓度大于0.25,ug/ml,的核酸溶液。,8,2 荧光光度法,荧光染料溴化乙锭，可嵌入到碱基平面，而发出荧光，且荧光强度与核酸含量呈正比。,适用于低浓度核酸溶液的定量分析。,9,纯度鉴定,1 紫外分光光度法：,在260,nm,和280,nm,处测定,DAN,溶液的光吸收，,A,260,与,A,280,之比应在1.80。低于此值表明制备物中留有蛋白质成份。高于此值表明有,RNA,的残留量。,A260/A280,比值是纯度检测的重要指标。,10,2 荧光光度法,核酸电泳结果进行评定。,11,完整性鉴定,凝胶电泳法：,基因组,DNA,电泳，在电场中泳动慢，如果发生降解，可出现电泳图谱脱尾现象；,总,RNA,电泳，观测各条带的含量，提示是否存在,RNA,降解；如加样槽中存在条带，可能是,DNA,污染。,12,13,14,核酸的贮存,DNA,保存,1,短期贮存：,4或-20存放于,TE（tris,和,EDTA）,缓冲液中。,2,长期贮存,：,TE,缓冲液中-70保存数年；在,DNA,溶液中加一滴氯仿可有效防止细菌和核酸的污染。,15,核酸的贮存,RNA,保存,RNA,可溶于0.3,mol/L,的醋酸钠溶液或双蒸水，在,-70保存。,RNA,可溶于70%的乙醇溶液或去离子的甲酰胺溶液中，可在-20 保存。,16,基因组,DNA,的分离与纯化,17,18,DNA样品准备,常见的标本：血液、尿液、唾液、组织及培养细胞等,生物组织：最好新鲜组织，若不能马上提取，应贮存70或液氮,19,DNA,提取,1 酚抽提法：,先用,EDTA、 SDS 、,蛋白酶,K,破碎细胞，消化蛋白，然后用,pH8,的,Tris,饱和,酚或酚-氯仿抽提,DNA，,最后乙醇或异丙醇进行沉淀。获,DNA,大小为100150,kb。,20,主要试剂的作用：,EDTA：1,二价金属螯合剂，抑制核酸酶；,2 降低细胞膜的稳定性,21,SDS,的作用：,1 溶解膜蛋白和脂肪，从而是细胞膜破裂；,2 溶解核膜和核小体，使其解聚，将核酸 释放出来；,3 对,RNA、DNA,酶有抑制作用；,4 与蛋白质形成,R-O-SO3 .R,蛋白质复合物，使蛋白质变性。,22,蛋白酶,K：,水解蛋白质的作用，消化,DNA,酶和细胞中的蛋白质。,蛋白酶,K,与其他蛋白酶相比，它具有更强的水解能力，而且在,SDS、EDTA,存在时仍保持较高活性，可同时使用。,23,酚可以使蛋白质变性沉淀、抑制,DNA,酶活性。,PH8.0,的,Tris,溶液可以似的抽提出的,DNA,进入水相，减少在蛋白质层滞留。,在酚或酚-氯仿中加入少许的异戊醇，是可以减少实验中的气泡的产生，而且利于分相，保持分相的稳定性,。,24,2,甲酰胺解聚法：,破碎细胞同上，然后用高浓度甲酰胺解聚蛋白质与,DNA,的结合，再透析获得,DNA。,高浓度甲酰胺可以裂解蛋白质与,DNA,的复合物，可以使蛋白质变性。减少了酚多次抽提的步骤,甲酰胺解聚法适用于从标本中制备高分子量的,DNA,样品。可得,DNA 200kb,左右。,25,3 玻璃棒缠绕法：,用盐酸胍裂解细胞，将裂解物铺于乙醇上，然后用带钩或,U,型玻璃棒在界面轻搅，,DAN,沉淀液绕于玻棒。生成,DNA,约80,kb。,26,4 异丙醇沉淀法：基本同1法，仅用二倍容积异丙醇替代乙醇，可去除小分子,RNA（,在异丙醇中可溶状态）。,5 表面活性剂快速制备法：用,Triton X-100,或,NP40,表面活性剂破碎细胞，然后用蛋白酶,K,或酚去除蛋白，乙醇沉淀或透析。,27,DNA,样品的纯化：透析、层析、电泳及选择性沉淀。,电泳法简单、快速，是,DNA,样品纯化最重要的方法。琼脂糖电泳和聚丙烯酰胺电泳。,PAGE,分辨率高，适用于5-500,bp,大小的片段。,28,琼脂糖含量,（,W/V）,线性,DNA,分离范围（,Kb）,0.3,5 - 60,0.6 1 - 20,0.7 0.8 - 10,0.9 0.5 - 7,1.2 0.4 - 6,1.5 0.2 - 3,2.0 0.1 2,29,DNA的浓缩,1、,固体聚乙二醇（,PEG）,浓缩：用透析袋外敷,PEG,至合适量。,2、,丁醇抽提浓缩：,DNA,溶液中水可分配到正丁醇或仲丁醇，但,DNA,不会。因此重复几次可显著减少,DNA,体积。,30,DNA的检测,溴乙锭染色,：,在254,nm,紫外光下检测，如需回收最好在300,nm,紫外光下割胶，否则易使嘌呤断链，在1,cm,宽带上可检到10,ng DNA。,银染法,：,Ag,+,与,DNA,形成复合物，在甲醛还原下可染成黑褐色，灵敏度高200倍，但不能回收。,31,DNA分析,通常与已知分子量的标准,DNA,片段一起电泳，经比较可获知,DNA,标本大小，如条带拖尾，系加入,DNA,量太多或凝胶未制好，如分子量小或一片糊状，表示,DNA,有降解。,32,DNA,回收,主要是从电泳中分离回收,DNA,片段。,回收原则：尽量提高回收率,去除回收,DNA,样品中的污染物,33,电泳到,DEAE-,纤维素膜 ：,DEAE,是一种阴离子交换纤维素，可以吸附带有负电荷的,DNA,分子。,在所需条带前插入,DEAT-,纤维素膜，继续电泳至条带,DNA,都到膜上，取出洗下。,500,bp-5kb,的,DNA,片段回收率较好，纯度高。,但不适用于分子量超过10,kb,和单链DNA。,34,透析袋电洗脱 ：,切下条带的琼脂糖凝胶，放透析袋内，加缓冲液后继续电泳，,DNA,出胶后进行抽提,DNA,回收。,35,低熔点琼脂糖凝胶：,切下胶，加热到65熔化胶，然后抽提回收,DNA。,方法：有机溶剂提取法、玻璃珠洗脱法和琼脂水解酶等。,36,玻璃珠洗脱法：将琼脂糖凝胶溶于高浓度的碘化钠溶液，然后加入玻璃珠结合,DNA，,经分离、洗涤后，在低盐缓冲液中将,DNA,洗脱下。,37,琼脂水解酶：将含,DNA,的凝胶进行消化，琼脂糖水解成二糖，释放,DNA，,后使用酚抽提方法回收,DNA,38,问题,从细胞或组织中分离,DNA,时，常用蔗糖，目的是（ ）,A,抑制核酸酶,B,保护,DNA，,防止断裂,C,加速蛋白质变性,D,有利于细胞破碎,39,用,SDS-,酚抽提,DNA,时，,SDS,浓度十分重要，当,SDS,浓度为0.1%时，（ ）,A,只能将,DNA,抽提到水相,B,只能将,RNA,抽提到水相,C,可将,DNA、RNA,一起抽提到水相,D DNA,和,RNA,都不能进入水相,40,异戊醇的作用是（ ）,A,使蛋白质脱水,B,使,DNA,进入水相,C,帮助,DNA,进入水相,D,减少气泡，促进分相,41,变色的酚中含有氧化物，这种酚不能用于,DNA,分离，原因主要是（ ）,A,氧化物可使,DNA,磷酸二酯键断裂,B,氧化物会改变,PH,值,C,氧化物同,DNA,形成复合物,D,氧化物在,DNA,分离后不易除去,42,酚抽提蛋白质时，离心后，为什么蛋白质总是会停留在水相和酚相之间？,酚使蛋白质分子间脱水而变性，变性的蛋白的密度比水大，但比酚小，故停留在两者之间。,43,为什么苯酚要重蒸饱和后才能用于,DNA,的分离？,苯酚在空气中经常被氧化生成醌，它能够产生自由基，直接用于,DNA,分离，会使磷酸二酯键断裂，造成,DNA,降解。氧化苯酚需要经过高温重蒸以除去氧化物，并用,Ttis-Hcl,饱和酚，并调节至中性。另外使用饱和酚减少酚吸收更多的,DNA,溶液，降低,DNA,的损失率。,44,质粒,DNA,制备,45,质粒简介,质粒是细菌内独立于染色体并能自我复制的小环状,DNA,分子,其大小范围从,lkb,至200,kb,以上不等。,已经在形形色色的细菌类群中发现质粒.,这些质粒都是独立于细菌染色体之外进行复制和遗传的辅助性遗传单位。,46,47,48,由质粒产生的表型包括对抗生素的抗性、降解复杂有机化合物，以及产生大肠杆菌素、肠毒素及限制酶与修饰酶等等。,49,质粒是携带外源基因进入细菌中扩增或表达的重要媒介物，这种基因运载工具在基因工程中具有极广泛的应用价值，而质粒的分离与提取则是最常用、最基本的实验技术,50,质粒依赖于宿主编码的酶和蛋白质来进行复制和转录。质粒含有编码某些酶的基因，在一定的环境下对细菌宿主有利。,51,质粒特性,1. 分子相对小,2. 含有高效的自主复制成分,3.不相容性,4. 转移性,5. 选择的标记,6. 限制性内切酶单一切口,52,常用质粒载体,pBR322,pBR322,是一种使用最广泛的质粒，全长为4363,bp，,由3种野生型质粒成分组成，,amp,r,基因来自,pRSF2124，tet,r,来自,pSCl01，,复制起始点来自,pM9。,核苷酸的序次号，以,EcoRI,序列,GAATTC,的第一个,T,为第一个核苷酸。,53,54,pUC,系统,l,如,pUCl8,和,pUCI9，,由,pBR322,的,amp,r,基因和复制子，以及大肠杆菌部分1,acZ,基因和一个多种限制性内切酶单一位点的接头构成，全长2 666,bp，pUCl8,和,pUCl9,所含多位点接头的方向正好相反。,55,56,表达载体,载体含有,tac,启动子、,Lac,操纵基因、,SD,序列、,Lac I,阻遏蛋白基因等,57,四、质粒,DNA,的提取和纯化,1细菌的培养,l,先分离单个菌落，接种到含少量适当抗生素的培养基中扩增，随着细菌的生长，质粒,DNA,也在自主复制。,58,对于松弛型质粒，由于它的复制在一定程度上不受到宿主细胞的控制，故在细菌对数生长后期，加入氯霉素抑制宿主蛋白质的合成和染色体,DNA,的复制。质粒,DNA,的复制不受影响而大量扩增,。,59,l,所以使用氯霉素的主要目的，是在不减低质粒产量的前提下，减少细菌的培养体积和细菌的数量,有时质粒在细菌中的扩增状况很差，常是由于质粒携带外源基因或质粒分子量过大所致。,60,2细菌的收集与裂解,细胞生长过程中，排出大量代谢产物，为了提高质粒,DNA,的纯度，离心弃上清，细菌沉淀最好用,STE,或生理盐水悬浮，漂洗,l-2,次，离心管壁上的液体也应该仔细去除干净。,61,细胞的裂解方法很多，如去污剂法，沸水热裂法、碱变性法，有机溶剂法和溶菌酶法等。不同方法各有利弊，一般要根据质粒性质、宿主菌的特性及后继的纯化方法等多种因素综合后加以选择。,62,3质粒,DNA,的抽提,63,质粒,DNA,的小量制备,2-5,ml,质粒,DNA,的大量制备,500,ml,碱裂解法,方法 煮沸法,SDS,裂解法,Triton-,溶菌酶法,64,（三）质粒,DNA,提取方法的选择,l,常用的煮沸法，碱法,SDS,法均可获得较满意效果至于有人采用碱法提取小量细菌培养物的质粒， 用煮沸法或,SDS,法进行质粒,DNA,的大量分离， 只是各个实验室的习惯问题.,65,l,选择哪种方法制备质粒,DNA，,应考虑以下因素：,1菌株类型,2,质粒的大小,3细菌染色体,DNA,变性条件强弱的控制,4,细菌的培养与收集,66,（四）碱裂解法原理：,在,pHl2.0-12.6,碱性环境中，线性的大分子量细菌染色体,DNA,变性，而共价闭环(,CC),质粒,DNA,仍为自然状态。,67,将,pH,调至中性并有高盐浓度存在的条件下，染色体,DNA,之间交联形成不溶性网状结构。大部分,DNA,和蛋白质在去污剂,SDS,的作用下形成沉淀，而,CC,质粒,DNA,仍然为可溶状态。,68,通过离心，可去除大部分细胞碎片染色体,DNA、RNA,及蛋白质，质粒,DNA,尚在上清中，再用酚、氯仿抽提进一步纯化质粒,DNA。,69,（二）煮沸裂解法,利用溶菌酶和,TritonX-100,破坏细胞壁，在将裂解液煮沸。,原理：加热可使蛋白质和染色体,DNA,变性，但环状质粒,DNA,结构紧密而不会解链，温度下降后，质粒,DNA,又重新恢复超螺旋结构。通过离心去除变性的蛋白质和染色体,DNA，,回收上清液中质粒,DNA,70,煮沸裂解法比较剧烈，只用于提取小质粒。对于会释放出大量糖类的菌株不适宜。如,HB101,及衍生菌。,71,（三）,SDS,裂解法,比较温和的抽提方法。将细菌悬浮在等渗的蔗糖溶液中，以溶菌酶和,EDTA,裂解酚-氯仿抽提。,适合于大于15,kb,的质粒,DNA,的抽提，但产率不高。,72,73,74,4质粒,DNA,纯化,l,质粒从细菌中分离出来以后，为满足有些实验的要求还应进一步纯化。,CsCl,溴乙锭平衡超速离心法是纯化质粒的可靠经典方法。,但是由于此法费用昂贵及流程长，近年来，发展了几种不同的方法取代了超离法。如离子交换层析法或排阻层析法，分级聚乙二醇沉淀法等，也可获得较好质量的质粒,DNA。,75,l,转基因动物，真核细胞转染及,DNA,外切酶酶切缺失等实验，对闭合环状双链,DNA,的要求较高，一般还是用超速离心法纯化质粒。,对于,DNA,片段酶切回收，内切酶图谱分析、细菌转化、亚克隆及探针放射性标记等实验，直接用小量或中量提取的,DNA,样品，并不需要超速离心纯化，一般可满足实验要求。,76,1,CsCl-EB,法,超速离心将介质,CsCl,形成一连续的密度梯度，在过量,EB,存在下，蛋白质的密度最小位于最上层；,RNA,密度最大沉于管底；,DNA,位于中间，由于不同结构的,DNA,与,EB,结合度不一致，因此密度下降不一致，故将线性、开环、闭环的,DNA,区分开。,77,2 聚乙二醇沉淀法,分级沉淀，首先利用,LiCl,沉淀大分子,RNA，,用,Rnase,酶消化小分子,RNA；,在利用乙二醇选择性沉淀大质粒,DNA，,再利用酚-氯仿抽提。,方法简单实用，但是不能区分环状或开链质粒,DNA,78,3 柱层析法,以硅基质作为填充层析柱的树脂，在多盐的条件下，,DNA,与硅基质可逆性的结合进行纯化。,多盐造成磷酸二酯骨架脱水，通过暴露的磷酸盐残基与硅基质结合，然后用50%的乙醇洗去,RNA,和糖类物质，再加入,TE,或水，离心洗脱。,79,RNA,的分离与纯化,80,（一）（异）硫氰酸胍-酚氯仿一步法,以,（异）硫氰酸胍和,-巯基乙醇,为裂解液裂解细胞，,PH,在4.0的条件下，用,酚/氯仿,抽提裂解溶液，最后通过,异丙醇,沉淀与,75%的乙醇洗涤,81,（二）改良方法：,以,（异）硫氰酸胍-酚,为裂解液，再加入氯仿形成两相，变性的,DNA,与蛋白质位于两相之间，,上层是,RNA,溶液,。,最后通过,异丙醇,沉淀与,75%的乙醇洗涤,82,m,RNA,的分离,83,（1）,oligo(dT)-,纤维素层析柱法,84,85,（2）,oligo(dT)-,纤维素液相结合离心法,（3）磁珠分离法,86,87,88,89,简述溴化乙锭-氯化铯密度梯度离心纯化质粒,DNA,的原理？,1氯化铯是一种重金属，在高速离心后信成一定的浓度梯度,2溶液中不同的大分子在离心时，根据自身的分子的浮力密度形成不同的致密带，蛋白质密度低位于上层，,RNA,位于最下层。,3,EB,存在时，由于,EB,可以插入到,DNA,双螺旋分子中，使得,DNA,部分解旋，浮力密度下降，而超螺旋的质粒,DNA，EB,不能插入少，故可将不同结构的,DNA,分子分离。,90,对于HB101及其衍生物不宜使用煮沸法，其原因是,91,碱法和煮沸法分离质粒DNA的原理是不同的（ ）,92,THANKS,93,