核酸是一種生物分子,包括DNA和RNA,是生命體內儲存和傳遞遺傳信息的基本分子。DNA主要集中在細胞核、線(xiàn)粒體和葉綠體中,而RNA則主要分布在細胞質(zhì)中。核酸提取是指從復雜體系中實(shí)現核酸的分離和純化,以便進(jìn)行相應的科學(xué)研究和實(shí)際應用。 核酸提取純化原則 1、保證核酸一級結構的完整性; 2、排除其它核酸分子的污染(如提取DNA時(shí)排除RNA的干擾); 3、核酸樣品中不存在對酶有抑制作用的有機溶劑和過(guò)高濃度的金屬離子; 4、盡可能降低其它生物大分子如蛋白質(zhì)、多糖和脂類(lèi)分子的污染。 核酸提取基本步驟 1、裂解細胞,釋放核酸:使用裂解液破壞樣品細胞結構,從而使樣品中的核酸游離在體系中; 2、核酸的分離與純化:將與核酸結合的蛋白質(zhì)以及多糖、脂類(lèi)等生物大分子和其他不需要的核酸分子去除; 3、核酸富集與洗脫:采用洗脫液處理吸附有核酸的吸附物,富集得到目的核酸。 常用核酸提取方法 1、溶液法 是比較經(jīng)典的提取方法,苯酚是蛋白質(zhì)的變性劑,反復抽提,使蛋白質(zhì)變性,SDS將細胞膜裂解,在蛋白酶K、EDTA的存在下消化蛋白質(zhì)或多肽或小肽分子,變性降解核蛋白,使DNA從核蛋白中游離出來(lái)。而DNA易溶于水,不溶于有機溶劑。蛋白質(zhì)分子表面帶有親水基團,也容易進(jìn)行水合作用,并在表面形成一層水化層,使蛋白質(zhì)分子能順利地進(jìn)入到水溶液中形成穩定的膠體溶液。當有機溶液存在時(shí),蛋白質(zhì)的這種膠體穩定性遭到破壞,變性沉淀。離心后有機溶劑在試管底層(有機相),DNA存在于上層水相中,蛋白質(zhì)則沉淀于兩相之間。離心分層后取水層,經(jīng)過(guò)多次重復操作,并合并含核酸的水相,利用核酸不溶于醇的性質(zhì),用乙醇/異丙醇來(lái)沉淀核酸,然后再進(jìn)行分離和純化、溶解后即可得到高純度核酸。 溶液法成本低,但存在有毒試劑,影響操作人員健康,而且較為繁瑣,操作時(shí)間長(cháng),提取的核酸質(zhì)量也較為一般。 2、柱提法 利用特殊硅基質(zhì)吸附材料,能夠特定吸附核酸,而蛋白質(zhì)、多糖、脂類(lèi)等基本不吸附,被離心沉淀與核酸分離的原理。硅膠膜表面存在的硅醇基團呈弱酸性,水化后帶負電。樣品裂解后,如果溶液中存在一定濃度的陽(yáng)離子時(shí),會(huì )中和DNA硅醇基團之間的表面負電荷,從而使DNA能夠牢固地吸附在硅膠膜表面。而當處于低鹽水溶液時(shí),DNA磷酸基團和硅膠膜的硅醇基團之間存在排斥,硅膠膜就會(huì )把DNA釋放出來(lái),從而達到分離純化核酸的目的。 柱提法試劑盒價(jià)格較低,操作相對簡(jiǎn)單,在市面上應用較為廣泛。但是其對樣本起始量會(huì )有一定的限制,當投入樣本過(guò)多(如大塊組織)可能導致吸附膜堵塞,同時(shí)由于需要反復離心不便于高通量、自動(dòng)化操作等。 3、磁珠法 與硅基離心柱原理類(lèi)似,磁性顆?;钚曰鶊F在一定條件下可與核酸特異性結合和解離,先使用細胞裂解液裂解細胞,核酸帶負電的磷酸基團借由解離的鹽離子(如Na+)與磁珠表面羧基形成離子橋,使DNA被特異性吸附到羧基磁珠表面,利用磁珠的磁性,可通過(guò)外加磁場(chǎng)進(jìn)行收集洗脫,獲得質(zhì)量較好的核酸模板。 磁珠法不需要離心、無(wú)需加入多種試劑,操作簡(jiǎn)單,符合核酸自動(dòng)化提取要求,但是成本較高。 蛋白酶K在核酸提取中的作用 蛋白酶K是一種從白色念珠菌分離出來(lái)的強力蛋白溶解酶,具有很高的比活性。蛋白酶K能降解與核酸結合的蛋白質(zhì),分離DNA與蛋白質(zhì),使DNA能夠更好被提取。還可降解RNA水解酶(RNase)活性,抑制RNase水解模板的RNA,在RNA的提取和檢測過(guò)程中起到不可或缺的作用。而RNA極不穩定、易于被廣泛存在的RNase降解,因此利用蛋白酶創(chuàng )造一個(gè)無(wú)RNase的環(huán)境、嚴格防止RNase污染是成功提取RNA的關(guān)鍵。 核酸提取的下游應用包括 1、PCR擴增:從提取的DNA或RNA中擴增目的片段,用于分子診斷、分子生物學(xué)研究、藥物研發(fā)、病毒檢測等。 2、實(shí)時(shí)熒光定量PCR:用于定量檢測DNA或RNA的含量,可以用于基因型檢測、差異表達分析、細胞數量、病毒載量、轉基因生物檢測等。 3、基因測序:對提取的DNA或RNA進(jìn)行測序,用于腫瘤基因組學(xué)、新生兒篩查、精準醫學(xué)和基因診斷等。 4、蛋白質(zhì)研究:用提取的DNA或RNA表達翻譯合成蛋白質(zhì),用于研究蛋白質(zhì)結構、功能等。 這些下游應用可以幫助我們更深入地研究生物樣本中的DNA或RNA,并揭示它們在生物學(xué)、醫學(xué)等領(lǐng)域中的重要作用。 沃森生物試劑推薦
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