专题三核酸电泳技术课件.ppt
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- 专题 核酸 电泳 技术 课件
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1、l琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶电泳是分子克隆的核心琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶电泳是分子克隆的核心技术之一,它用于分离、鉴定和纯化技术之一,它用于分离、鉴定和纯化DNA片段。片段。该技术操作简单而迅速,并且能分离用其他方法该技术操作简单而迅速,并且能分离用其他方法如密度梯度离心等不能满意分离的如密度梯度离心等不能满意分离的DNA片段。片段。此外,凝胶中此外,凝胶中DNA的位置可以用低浓度荧光插的位置可以用低浓度荧光插入染料如溴化乙锭或入染料如溴化乙锭或SYBRGold染色直接观察到,染色直接观察到,甚至含量少至甚至含量少至20pg的双链的双链DNA在紫外线激发下在紫外线激发下也能直接检测到。需要的话,这些
2、分离的也能直接检测到。需要的话,这些分离的DNA条带可以从凝胶中回收,用于各种各样的目的。条带可以从凝胶中回收,用于各种各样的目的。l琼脂糖凝胶的分离范围很大。琼脂糖凝胶的分离范围很大。50bp到百万到百万bp长长的的DNA都可以在不同浓度和构型的琼脂糖凝胶都可以在不同浓度和构型的琼脂糖凝胶中分离。小片段中分离。小片段DNA(5020 000bp)最适合在恒最适合在恒定强度和方向的电场中水平方位的琼脂糖凝胶定强度和方向的电场中水平方位的琼脂糖凝胶内电泳分离。在这些条件下,内电泳分离。在这些条件下,DNA泳动速率通泳动速率通常随常随DNA片段长度的增加而减少,但与电场强片段长度的增加而减少,但与
3、电场强度成正比。然而这一简明的相关性当度成正比。然而这一简明的相关性当DNA片段片段长度超过一个最大极限值时立即被破坏,这种长度超过一个最大极限值时立即被破坏,这种情况主要是由于凝胶的构成和电场强度决定的。情况主要是由于凝胶的构成和电场强度决定的。当线状双螺旋当线状双螺旋DNA的半径超过凝胶的孔径时就的半径超过凝胶的孔径时就达到它分辨率的极限。此时,达到它分辨率的极限。此时,DNA不再被凝胶不再被凝胶按其大小筛分,而必须以一端在前的方式在介按其大小筛分,而必须以一端在前的方式在介质中迁移,就像通过曲折而又空间有限的管子。质中迁移,就像通过曲折而又空间有限的管子。这种迁移模式称作这种迁移模式称作
4、“蠕行蠕行”。l聚丙烯酰胺凝胶最适合分离 小 片 段聚丙烯酰胺凝胶最适合分离 小 片 段DNA(5500bp)。它的分辨率非常强,。它的分辨率非常强,长度上相差长度上相差1bp或质量上相差或质量上相差0.1的的DNA都可以彼此分离。虽然它能很快地都可以彼此分离。虽然它能很快地进行电泳,并能容纳较大的进行电泳,并能容纳较大的DNA上样量,上样量,但是与琼脂糖凝胶相比在制备和操作上但是与琼脂糖凝胶相比在制备和操作上还是更繁琐些。聚丙烯酰胺凝胶电泳是还是更繁琐些。聚丙烯酰胺凝胶电泳是在恒定电场中垂直方位上进行的。在恒定电场中垂直方位上进行的。vDNA分子的大小分子的大小 双链双链DNA分子在凝胶基质
5、迁分子在凝胶基质迁移的速率与其碱基对数的常用对数成反比。分子越大,移的速率与其碱基对数的常用对数成反比。分子越大,迁移得越慢,因为摩擦阻力越大,也因为大分子通过迁移得越慢,因为摩擦阻力越大,也因为大分子通过凝胶孔径的效率低于较小的分子。凝胶孔径的效率低于较小的分子。v琼脂糖浓度琼脂糖浓度 给定大小的线状给定大小的线状DNA片段在不同浓片段在不同浓度的琼脂糖凝胶中迁移速率不同。在度的琼脂糖凝胶中迁移速率不同。在DNA电泳迁移率电泳迁移率的对数和凝胶浓度之间存在线状相关。的对数和凝胶浓度之间存在线状相关。vDNA的构象的构象 超螺旋环状超螺旋环状(I型型)、切口环状、切口环状(型型)和线状和线状(
6、型型)DNA在琼脂糖凝胶中以不同速率迁移。上述三种类型在琼脂糖凝胶中以不同速率迁移。上述三种类型的相对迁移率主要取决于琼脂糖凝胶的浓度和类型,但是的相对迁移率主要取决于琼脂糖凝胶的浓度和类型,但是电流强度、缓冲液离子强度和电流强度、缓冲液离子强度和I型超螺旋绞紧的程度或密度型超螺旋绞紧的程度或密度也影响相对迁移率。在一些条件下,也影响相对迁移率。在一些条件下,I型型DNA比比型迁移得型迁移得更快;在另一些条件下,顺序可能颠倒。绝大多数情况下,更快;在另一些条件下,顺序可能颠倒。绝大多数情况下,区分不同构象区分不同构象DNA的需求都很简单,主要是区分未处理的的需求都很简单,主要是区分未处理的环状
7、环状DNA样品和单一位点经限制酶作用线状化的同一样品和单一位点经限制酶作用线状化的同一DNA样品。样品。v凝胶和电泳缓冲液中的溴化乙锭凝胶和电泳缓冲液中的溴化乙锭 溴化乙锭插入双链溴化乙锭插入双链DNA造成其负电荷减少、刚性和长度增加。因此线状造成其负电荷减少、刚性和长度增加。因此线状DNA-染料复合物在凝胶中的迁移率约降低染料复合物在凝胶中的迁移率约降低15。v所用的电压所用的电压 低电压下低电压下DNA片段迁移率与所用的电片段迁移率与所用的电压成正比。电场强度升高时,高分子质量片段的迁移压成正比。电场强度升高时,高分子质量片段的迁移率遂不成比例的增加。所以,当电压增大时琼脂糖凝率遂不成比例
8、的增加。所以,当电压增大时琼脂糖凝胶分离的有效范围反而减小。要获得大于胶分离的有效范围反而减小。要获得大于2kbDNA片片段的良好分辨率,则所用电压不应高于段的良好分辨率,则所用电压不应高于58Vcm。v电泳缓冲液电泳缓冲液 DNA的泳动受电泳缓冲液的组成和离的泳动受电泳缓冲液的组成和离子强度的影响。缺乏离子子强度的影响。缺乏离子(如用水替代电泳槽及凝胶中如用水替代电泳槽及凝胶中的缓冲液的缓冲液)则电导率降至很低,则电导率降至很低,DNA不是全然不动,就不是全然不动,就是迁移极慢。高离子强度时,如错用了是迁移极慢。高离子强度时,如错用了10电泳缓冲电泳缓冲液,电导率升高,即使应用适中的电压也会
9、产生大量液,电导率升高,即使应用适中的电压也会产生大量的热能。最严重时凝胶会熔化,的热能。最严重时凝胶会熔化,DNA会变性。会变性。材料材料q水平电泳槽及制胶模具水平电泳槽及制胶模具q琼脂糖琼脂糖q电泳缓冲液电泳缓冲液 q6凝胶载样缓冲液凝胶载样缓冲液 qDNA样品样品qDNA大小标准品大小标准品q溴化乙锭溴化乙锭/SYBRGold q紫外透射仪紫外透射仪l标准标准(高熔点高熔点)琼脂糖琼脂糖 制造它的原料是两种海藻,制造它的原料是两种海藻,Gelidium和和Gracilaria。这两种琼脂糖的凝点和熔点有所不同,但是在实际应用中每。这两种琼脂糖的凝点和熔点有所不同,但是在实际应用中每种来源
10、的琼脂糖都可以用于分析或分离种来源的琼脂糖都可以用于分析或分离1-25kb范围的范围的DNA片段。新类型片段。新类型的标准琼脂糖具有高凝胶强度和低电内渗的标准琼脂糖具有高凝胶强度和低电内渗(EEO),可以灌制浓度低至,可以灌制浓度低至0.3的凝胶。这种凝胶用于电泳能方便地分离高分子质量的凝胶。这种凝胶用于电泳能方便地分离高分子质量DNA(直到直到60kb)。它在任何浓度下它在任何浓度下DNA迁移速度均比通用的标准琼脂糖快迁移速度均比通用的标准琼脂糖快10-20。这一。这一增加在百万碱基大小增加在百万碱基大小DNA的的PFGE中将明显地节省时间。中将明显地节省时间。l低熔点凝点琼脂糖低熔点凝点琼
11、脂糖 通过羟乙基化修饰的琼脂糖在较低的温度熔化,通过羟乙基化修饰的琼脂糖在较低的温度熔化,羟乙基化替代的程度决定准确的熔化和凝结温度。低熔点凝点琼脂糖羟乙基化替代的程度决定准确的熔化和凝结温度。低熔点凝点琼脂糖主要用于主要用于DNA的快速回收,因为大多数该类型琼脂糖在的快速回收,因为大多数该类型琼脂糖在65熔化,这个熔化,这个温度远低于双链温度远低于双链DNA的解链温度。这种特性使它还可以用于的解链温度。这种特性使它还可以用于DNA的简单的简单纯化和酶处理;在熔化的凝胶中用核酸直接进行细菌转化。化学修饰的纯化和酶处理;在熔化的凝胶中用核酸直接进行细菌转化。化学修饰的琼脂糖比等浓度的标准琼脂糖有
12、更高的筛分能力。该发现使琼脂糖的分琼脂糖比等浓度的标准琼脂糖有更高的筛分能力。该发现使琼脂糖的分辨力接近聚丙烯酰胺凝胶,因此可用于辨力接近聚丙烯酰胺凝胶,因此可用于PCR产物、小片段产物、小片段DNA和小和小RNA(lkb)的分离。现在它能分辨少至的分离。现在它能分辨少至4bp的的DNA和分离和分离200-800bp范围范围内相差内相差2的的DNA片段。片段。载样缓冲液有三个作用载样缓冲液有三个作用:增加样品密度以保证增加样品密度以保证DNA沉入加样孔内;沉入加样孔内;使样品带有颜色便于简化上样过程;使样品带有颜色便于简化上样过程;其中的染料在电场中以可以预测的泳动速率向阳极迁移。其中的染料在
13、电场中以可以预测的泳动速率向阳极迁移。溴酚蓝在琼脂糖凝胶中迁移速率是二甲苯氰溴酚蓝在琼脂糖凝胶中迁移速率是二甲苯氰FF的的2.2倍,这倍,这一特性与琼脂糖浓度无关。在一特性与琼脂糖浓度无关。在0.5TBE琼脂糖凝胶电泳中琼脂糖凝胶电泳中溴酚蓝迁移速率约与长溴酚蓝迁移速率约与长300bp的线状双链的线状双链DNA相同,而二甲相同,而二甲苯氰苯氰FF约与长约与长4000bp的的DNA相同。上述关系在浓度范围相同。上述关系在浓度范围0.51.4的琼脂糖凝胶中基本不受浓度变化的影响。用哪的琼脂糖凝胶中基本不受浓度变化的影响。用哪种载样缓冲液是个人的习惯。种载样缓冲液是个人的习惯。l通常使用已知分子质量
14、的通常使用已知分子质量的DNA样品,它们是经限制样品,它们是经限制性酶消化已知序列的质粒或噬菌体性酶消化已知序列的质粒或噬菌体DNA获得的。琼获得的。琼脂糖和聚丙烯酰胺凝胶电泳用的分子质量标准可以脂糖和聚丙烯酰胺凝胶电泳用的分子质量标准可以从市场购得,或者实验室自己制备。一般最好有两从市场购得,或者实验室自己制备。一般最好有两套分子质量范围的标准,一个是套分子质量范围的标准,一个是1kb到大于到大于20kb的的高分子质量标准,一个是高分子质量标准,一个是100-1000bp的低分子质量的低分子质量标准。标准。分子质量标准贮备液用凝胶载样缓冲液稀释分子质量标准贮备液用凝胶载样缓冲液稀释后用于每次
15、电泳实验。后用于每次电泳实验。l溴化乙锭首先于溴化乙锭首先于20世纪世纪50年代合成成功,主要是作年代合成成功,主要是作为一种有效的杀锥虫制剂而发展起来的菲啶化合物。为一种有效的杀锥虫制剂而发展起来的菲啶化合物。溴化乙锭在筛选过程中脱颖而出。它的杀锥虫效能溴化乙锭在筛选过程中脱颖而出。它的杀锥虫效能是其母化合物的是其母化合物的1050倍,并对小鼠无毒,且与早倍,并对小鼠无毒,且与早期的菲啶化合物不同,对牛不具有光致敏作用。直期的菲啶化合物不同,对牛不具有光致敏作用。直到最近,溴化乙锭在热带及亚热带国家仍被广泛应到最近,溴化乙锭在热带及亚热带国家仍被广泛应用于牛锥虫病的治疗和预防。用于牛锥虫病的
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