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DNA提取过程中各种试剂的作用及原理

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-02-10
核心提示:DNA提取过程中各种试剂的作用及原理
   1.溶液I—溶菌液:  溶菌酶:它是糖苷水解酶,能水解菌体细胞壁的主要化学成分肽聚糖中的β-1,4糖苷键,因而具有溶菌的作用。当溶液中pH小于8时,溶菌酶作用受到抑制。  葡萄糖:增加溶液的粘度,维持渗透压,防止DNA受机械剪切力作用而降解。  EDTA:(1)螯合Mg2+、Ca2+等金属离子,抑制脱氧核糖核酸酶对DNA的降解作用(DNase作用时需要一定的金属离子作辅基);(2)EDTA的存在,有利于溶菌酶的作用,因为溶菌酶的反应要求有较低的离子强度的环境。
 
  2.溶液II-NaOH-SDS液:
 
  NaOH:核酸在pH大于5,小于9的溶液中,是稳定的。
 
  但当pH>12或pH<3时,就会引起双链之间氢键的解离而变性。 在溶液II中的NaOH浓度为0.2mo1/L,加抽提液时,该系统的pH就高达12.6, 因而促使染色体DNA与质粒DNA的变性。
 
  SDS:SDS是离子型表面活性剂。它主要功能有:
 
  (1)溶解细胞膜上的脂质与蛋白,因而溶解膜蛋白而破坏细胞膜。(2)解聚细胞中的核蛋白。
 
  (3)SDS能与蛋白质结合成为R-O-SO3-…R+-蛋白质的复合物,使蛋白质变性而沉淀下来。
 
  但是SDS能抑制核糖核酸酶的作用,所以在以后的提取过程中,必须把它去除干净,防止在下一步操作中
 
  (用RNase去除RNA时)受到干扰。
 
  3. 溶液III--3mol/L NaAc(pH4.8)溶液:NaAc的水溶液呈碱性,为了调节pH至4.8,必须加入大量的冰醋酸。 所以该溶液实际上是NaAc-HAc的缓冲液。用pH4.8的NaAc溶液是为了把pH12.6的抽提液,调回pH至中性,
 
  使变性的质粒DNA能够复性,并能稳定存在。而高盐的3mol/L NaAc有利于变性的大分子染色体DNA、
 
  RNA以及SDS-蛋白复合物凝聚而沉淀之。前者是因为中和核酸上的电荷,减少相斥力而互相聚合,
 
  后者是因为钠盐与SDS-蛋白复合物作用后,能形成较小的钠盐形式复合物,使沉淀更完全。
 
  4.为什么用无水乙醇沉淀DNA?
 
  用无水乙醇沉淀DNA,这是实验中最常用的沉淀DNA的方法。乙醇的优点是可以任意比和水相混溶, 乙醇与核酸不会起任何化学反应,对DNA很安全,因此是理想的沉淀剂。DNA溶液是DNA以水合状态稳定存在,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。
 
  因而也可改用95%乙醇来替代无水乙醇(因为无水乙醇的价格远远比95%乙醇昂贵)。
 
  但是加95%的乙醇使总体积增大,而DNA在溶液中有一定程度的溶解,因而DNA损失也增大,
 
  尤其用多次乙醇沉淀时,就会影响收得率。折中的做法是初次沉淀DNA时可用95%乙醇代替无水乙酵,
 
  最后的沉淀步骤要使用无水乙醇。也可以用0.6倍体积的异丙醇选择性沉淀DNA。 一般在室温下放置15-30分钟即可。
 
  5.在用乙醇沉淀DNA时,为什么一定要加NaAc或NaCl至最终浓度达0.1~0.25mol/L?
 
  在pH为8左右的溶液中,DNA分子是带负电荷的,加一定浓度的NaAc或NaCl,使Na+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,当加入的盐溶液浓度太低时, 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。在沉淀的DNA中,由于过多的盐杂质存在,影响DNA的酶切等反应,
 
  必须要进行洗涤或重沉淀。
 
  6.加核糖核酸酶降解核糖核酸后,为什么再要用SDS与KAc来处理?
 
  加进去的RNase本身是一种蛋白质,为了纯化DNA,又必须去除之,加SDS可使它们成为SDS-蛋白复合物沉淀,再加KAc使这些复合物转变为溶解度更小的钾盐形式的SDS-蛋白质复合物,使沉淀更加完全。也可用饱和酚、氯仿抽提再沉淀,去除RNase。在溶液中,有人以KAc代替NaAc,也可以收到较好效果。
 
  7.为什么在保存或抽提DNA过程中,一般采用TE缓冲液?
 
  在基因操作实验中,选择缓冲液的主要原则是考虑DNA的稳定性及缓冲液成分不产生干扰作用。磷酸盐缓冲系统(pKa=7.2)和硼酸系统(pKa=9.24)等虽然也都符合细胞内环境的生理范围(pH),可作DNA的保存液,但在转化实验时,磷酸根离子的种类及数量将与Ca2+产生Ca3(PO4)2沉淀,在DNA反应时,不同的酶对辅助因子的种类及数量要求不同,有的要求高离子浓度,有的则要求低盐浓度,采用Tris-HCl(pKa=8.0)的缓冲系统,由于缓冲液是TrisH+/Tris,不存在金属离子的干扰作用,故在提取或保存DNA时,大都采用Tris-HCl系统,而TE缓冲液中的EDTA更能稳定 。
 
  氯仿的作用主要是使蛋白变性并有助于液相与有机相的分开,异戊醇的作用是消除抽提过程中出现的泡沫。
 
  氯仿是强蛋白质变性剂,抑制RNA酶的活性,除去蛋白质污染。
 
  基因组DNA- CTAB法
 
  CTAB法原理(植物DNA提取经典方法)
 
  CTAB(hexadecyltrimethylammonium bromide,十六烷基三甲基溴化铵),是一种阳离子去污剂,具有从低离子强度溶液中沉淀核酸与酸性多聚糖的特性.
 
  在高离子强度的溶液中(>0.7mol/L NaCl),CTAB与蛋白质和多聚糖形成复合物,只是不能沉淀核酸.通过有机溶剂抽提,去除蛋白,多糖,酚类等杂质后加入乙醇沉淀即可使核酸分离出来.
 
  注:CTAB溶液在低于15℃ 时会形成沉淀析出,因此在将其加入冰冷的 植物材料之前必须预热,且离心时温度不要低于15℃
 
  基因组DNA- CTAB法
 
  CTAB提取缓冲液的经典配方
 
  Tris-HCl (pH8.0)提供一个缓冲环境,防止核酸被破坏; EDTA螯合Mg2+或Mn2+离子,抑制DNase活性;
 
  NaCl 提供一个高盐环境,使DNP充分溶解,存在于液相中; CTAB溶解细胞膜,并结合核酸,使核酸便于分离;
 
  β-巯基乙醇是抗氧化剂,有效地防止酚氧化成醌,避免褐变,使酚容易去除
 
  基因组DNA- CTAB法
 
  CTAB提取缓冲液的改进配方
 
  PVP(聚乙烯吡咯烷酮)是酚的络合物,能与多酚形成一种不溶的络合物质,有效去除多酚,减少DNA中酚的污染;同时它也能和多糖结合,有效去除多糖.
 
  基因组DNA的提取核酸分离,纯化采用吸附材料吸附的方式分离DNA时,应提供相应的缓冲体系采用有机(酚/氯仿)抽提时应充分混匀,但动作要轻柔离心分离两相时,应保证一定的转速和时间针对不同材料的特点,在提取过程中辅以相应的去杂质的方法基因组DNA的提取核酸分离,纯化
 
  蛋白质的去除:酚/氯仿抽提使用变性剂变性(SDS,异硫氰酸胍等)高盐洗涤蛋白酶处理核酸分离,纯化
 
  多糖的去除:高盐法:用乙醇沉淀时,在待沉淀溶液中加入1/2体积的5M NaCl,高盐可溶解多糖.用多糖水解酶将多糖降解.在提取缓冲液中加一定量的氯苯(1/2体积),氯苯可以与多糖的羟基作用,从而去除多糖 .用PEG8000代替乙醇沉淀DNA:在500 μL DNA液中加入200μl 20% PEG8000 (含1.2 M NaCl) ,冰浴20min.核酸分离,纯化
 
  多酚的去除:在抽提液中加入防止酚类氧化的试剂:β-巯基乙醇,抗坏血酸,半胱氨酸,二硫苏糖醇等加入易与酚类结合的试剂:如PVP(聚乙烯吡咯酮),PEG(聚乙二醇),它们与酚类有较强的亲和力,可防止酚类与DNA的结合
 
  盐离子的去除:70%的乙醇洗涤核酸吸附,沉淀和溶解使用合适的吸附材料吸附核酸,其它的杂质均被洗掉,达到纯化DNA的目的另一种方式加入1/10体积的NaAc(pH5.2,3M),用预冷的乙醇或异丙醇沉淀RNA吸附或沉淀后应用70%的乙醇洗涤,以除去盐离子等若长期储存建议使用TE缓冲液溶解TE中的EDTA能螯合Mg2+或Mn2+离子,抑制DNasepH值为8.0,可防止DNA发生酸解 。
 
 
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