动物基因组DNA和RNA的提取(精品).ppt
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1、实验一实验一实验一实验一 动物基因组动物基因组动物基因组动物基因组DNADNA和和和和RNARNA的提取的提取的提取的提取一、实验目的一、实验目的学习和掌握从动物组织或细胞中提取核酸的原理和操学习和掌握从动物组织或细胞中提取核酸的原理和操学习和掌握从动物组织或细胞中提取核酸的原理和操学习和掌握从动物组织或细胞中提取核酸的原理和操作技术作技术作技术作技术了解提取了解提取了解提取了解提取DNA/RNADNA/RNA的几种方法,原理和优缺点的几种方法,原理和优缺点的几种方法,原理和优缺点的几种方法,原理和优缺点学习测定学习测定学习测定学习测定DNA/RNADNA/RNA含量和质量的基本原理及方法含量
2、和质量的基本原理及方法含量和质量的基本原理及方法含量和质量的基本原理及方法二、实验原理二、实验原理1、核酸的分类、核酸的分类l DNA(DNA(脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸)主要存在于细胞核的染色体中。主要存在于细胞核的染色体中。核外也有少量核外也有少量DNADNA,如线粒体如线粒体DNADNA(mtDNAmtDNA),),叶绿体叶绿体DNADNA(cpDNAcpDNA),),质粒质粒DNADNA。l RNARNA(核糖核酸)(核糖核酸)存在于细胞质中,如存在于细胞质中,如mRNA,mRNA,rRNArRNA,tRNAtRNA等。等。l 除上述除上述DNADNA,RNARNA外,外,还有非细胞形式
3、存在的病毒和噬还有非细胞形式存在的病毒和噬 菌菌体,其或只含体,其或只含DNADNA,或只含有或只含有RNARNA。核酸的理化性质核酸的理化性质l在细胞内通常与蛋白质结合,以复合物形式存在在细胞内通常与蛋白质结合,以复合物形式存在2、核酸制备的一般原则、核酸制备的一般原则l微溶于水,不溶于乙醇,氯仿等有机溶剂微溶于水,不溶于乙醇,氯仿等有机溶剂l在酸性溶液中容易降解,在中性或弱碱性溶液中较稳定。在酸性溶液中容易降解,在中性或弱碱性溶液中较稳定。lDNADNA溶液粘度很大,溶液粘度很大,RNARNA的粘度较小的粘度较小l在强大离心力的作用下,可以从溶液中沉降下来在强大离心力的作用下,可以从溶液中
4、沉降下来l分离纯化核酸总的原则:分离纯化核酸总的原则:2、核酸制备的一般原则、核酸制备的一般原则l核酸纯化应达到的要求:核酸纯化应达到的要求:核酸样品中不应存在对酶有抑制作用的核酸样品中不应存在对酶有抑制作用的有机溶剂有机溶剂和过高和过高浓度的浓度的金属离子金属离子;其它生物大分子的污染应降低到最低程度;其它生物大分子的污染应降低到最低程度;排除其它核酸分子的污染。排除其它核酸分子的污染。应保证核酸一级结构的完整性;应保证核酸一级结构的完整性;排除其它分子排除其它分子(蛋白,脂类,多糖类蛋白,脂类,多糖类)的污染。的污染。l核酸制备时应注意的事项核酸制备时应注意的事项:尽量简化操作步骤,缩短提
5、取过程。尽量简化操作步骤,缩短提取过程。减少化学因素对核酸的降解。减少化学因素对核酸的降解。减少物理因素对核酸的降解:机械剪切力和高温减少物理因素对核酸的降解:机械剪切力和高温 防止核酸的生物降解:排除防止核酸的生物降解:排除核酸酶核酸酶。降低温度,改变降低温度,改变pHpH及盐的浓度,都利于对核酸酶活性及盐的浓度,都利于对核酸酶活性的抑制,但均不如利用核酸酶抑制剂更有利,当然,的抑制,但均不如利用核酸酶抑制剂更有利,当然,几个条件并用更好。几个条件并用更好。对于对于DNADNA,抑制抑制DNaseDNase活力很容易,但防止机械张力活力很容易,但防止机械张力拉断则更重要。拉断则更重要。对于对
6、于RNARNA,因分子较小,不易被机械张力拉断,但抑因分子较小,不易被机械张力拉断,但抑制制RNaseRNase活力较难,故在活力较难,故在RNARNA提取中设法抑制提取中设法抑制RNaseRNase更更重要。重要。核酸酶的抑制和抑制剂核酸酶的抑制和抑制剂 lDNase抑制抑制 加入少量金属离子螯合剂,如加入少量金属离子螯合剂,如0.01 mol/L EDTA0.01 mol/L EDTA或柠檬酸钠,或柠檬酸钠,DNaseDNase基本可以全部失活。基本可以全部失活。去垢剂、蛋白变性剂及去垢剂、蛋白变性剂及DNaseDNase抑制剂也可使抑制剂也可使DNaseDNase失活。失活。lRNase
7、抑制抑制 操作要带手套。操作要带手套。所有器皿要严格消毒,所有器皿要严格消毒,试剂处理试剂处理 低温操作低温操作 在分离过程中要加入一定的在分离过程中要加入一定的RNase抑制剂。抑制剂。常用的常用的RNA酶抑制剂酶抑制剂 焦磷酸二乙酯(焦磷酸二乙酯(DEPC)抑制强烈、不彻底抑制强烈、不彻底 异硫氰酸胍异硫氰酸胍有效抑制、分解核蛋白有效抑制、分解核蛋白氧钒核糖核苷复合物氧钒核糖核苷复合物有效抑制有效抑制RNA酶的蛋白抑制剂(酶的蛋白抑制剂(RNasin)有效抑制有效抑制其它:其它:SDS、尿素、硅藻土等、尿素、硅藻土等有效抑制有效抑制上述大部分试剂有致癌之嫌,应谨慎操作!上述大部分试剂有致癌
8、之嫌,应谨慎操作!l核酸制备中常用的去垢剂核酸制备中常用的去垢剂 核酸本身带负电荷,结合带正电荷的蛋白质。用于核酸核酸本身带负电荷,结合带正电荷的蛋白质。用于核酸提取的去垢剂,一般都是阴离子去垢剂。提取的去垢剂,一般都是阴离子去垢剂。去垢剂的作用:去垢剂的作用:1 1溶解膜蛋白及脂肪,使细胞膜破裂;溶解膜蛋白及脂肪,使细胞膜破裂;2 2溶解核糖体上面的蛋白质,使其解聚,将核酸释放出溶解核糖体上面的蛋白质,使其解聚,将核酸释放出来;来;3 3对对RNase、DNase有一定的抑制作用。有一定的抑制作用。如:如:SDS、脱氧胆酸钠、脱氧胆酸钠、4-4-氨基水杨酸钠、萘氨基水杨酸钠、萘-1.5-1.
9、5-二磺酸钠、二磺酸钠、三异丙基萘磺酸钠三异丙基萘磺酸钠 作用:作用:1.1.使蛋白质变性、沉淀,从核酸提取液中分离除去,以防造使蛋白质变性、沉淀,从核酸提取液中分离除去,以防造成蛋白污染。成蛋白污染。2.2.使蛋白质变性,故可使核糖体解聚释放出核酸。使蛋白质变性,故可使核糖体解聚释放出核酸。3.3.某些蛋白质变性剂也有抑制某些蛋白质变性剂也有抑制 RNase活性和破裂细胞的作用。活性和破裂细胞的作用。如:苯酚、氯仿、盐酸胍、如:苯酚、氯仿、盐酸胍、DEPC核酸制备中常用的蛋白质变性剂核酸制备中常用的蛋白质变性剂l核酸制备中常用的酶核酸制备中常用的酶 DNase:降解降解DNADNA RNas
10、e:降解:降解RNARNA 蛋白酶蛋白酶K K:降解蛋白质:降解蛋白质 溶菌酶溶菌酶:破碎细胞:破碎细胞 3.核酸制备的一般步骤:核酸制备的一般步骤:破碎组织细胞破碎组织细胞破碎组织细胞破碎组织细胞提取提取提取提取纯化纯化纯化纯化I.I.材料准备材料准备II.II.破碎细胞或包膜内容物释放破碎细胞或包膜内容物释放III.III.核酸分离、纯化核酸分离、纯化IV.IV.沉淀或吸附核酸,并去除杂质沉淀或吸附核酸,并去除杂质 V.V.核酸溶解在适量缓冲液或水中核酸溶解在适量缓冲液或水中1 1)破碎细胞)破碎细胞(防止核酸酶的作用)(防止核酸酶的作用)微生物微生物:溶菌酶、:溶菌酶、SDSSDS裂解。
11、裂解。高等植物高等植物:捣碎器破碎、液氮研磨。:捣碎器破碎、液氮研磨。酶法:蛋白酶,如胰蛋白酶,酶法:蛋白酶,如胰蛋白酶,冰冻法:反复冻融或液氮冻后组织捣碎。冰冻法:反复冻融或液氮冻后组织捣碎。动物动物:液氮处理后用匀浆器或者研钵破碎。:液氮处理后用匀浆器或者研钵破碎。细胞器细胞器DNADNA:首先纯化细胞器。首先纯化细胞器。以上处理时均要同时加入核酸酶抑制剂以上处理时均要同时加入核酸酶抑制剂2 2)破碎抽提核酸除去杂质)破碎抽提核酸除去杂质首先使脱氧核糖核蛋白、核糖体、病毒的核蛋白与其它首先使脱氧核糖核蛋白、核糖体、病毒的核蛋白与其它成分分离成分分离使核酸与蛋白质分离使核酸与蛋白质分离除去脂
12、类除去脂类 多糖的除去多糖的除去 3 3)核酸的纯化)核酸的纯化 根据所需核酸的性质和特点除去其它核酸污染根据所需核酸的性质和特点除去其它核酸污染,并除去提取过程中的系列试剂并除去提取过程中的系列试剂(盐、有机溶剂等)盐、有机溶剂等)杂质,最后得到均一的核酸样品。杂质,最后得到均一的核酸样品。4 4)核酸样品的保存)核酸样品的保存 核酸保存的主要条件是核酸保存的主要条件是温度温度和和介质介质 温度温度:4 4 样品经常使用样品经常使用 -70-70是长期保存的良好温度,为一次性保存是长期保存的良好温度,为一次性保存 -20-20保存保存,避免反复冻融避免反复冻融 保存介质保存介质:灭菌水灭菌水
13、 TETE缓冲溶液缓冲溶液(最常用最常用):10mmol/L Tris-Cl pH8.0 1mmol/L EDTA pH8.0三、动物基因组三、动物基因组DNA的提取的提取主要方法:主要方法:(1)浓盐法浓盐法 利用利用RNP和和DNP在电解溶液中溶解度不同,将二者分离。在电解溶液中溶解度不同,将二者分离。1)用)用1M 氯化钠提取氯化钠提取,得到的得到的DNP粘液粘液 2)与含有少量辛醇的氯仿一起摇荡与含有少量辛醇的氯仿一起摇荡,使乳化使乳化 3)离心除去蛋白质离心除去蛋白质,此时蛋白质凝胶停留在水相及氯仿相此时蛋白质凝胶停留在水相及氯仿相中间,而中间,而DNA位于上层水相中位于上层水相中
14、4)用用2倍体积倍体积95%乙醇可将乙醇可将DNA 钠盐沉淀出来钠盐沉淀出来.三、动物基因组三、动物基因组DNA的提取的提取(2)阴离子去污剂法)阴离子去污剂法:用用SDS或二甲苯酸钠等去污剂使蛋白质变性或二甲苯酸钠等去污剂使蛋白质变性,可以直接从生物材料中可以直接从生物材料中提取提取DNA。由于细胞中由于细胞中DNA与蛋白质之间常借静电引力或配位键结合与蛋白质之间常借静电引力或配位键结合,而阴离子而阴离子去污剂能够破坏这种价键去污剂能够破坏这种价键,所以常用阴离子去污剂提取所以常用阴离子去污剂提取DNA。三、动物基因组三、动物基因组DNA的提取的提取(3)苯酚抽提法苯酚抽提法:苯酚作为蛋白变
15、性剂苯酚作为蛋白变性剂,同时抑制了同时抑制了DNase的降解作用。的降解作用。用苯酚处理匀浆液时用苯酚处理匀浆液时,由于蛋白与由于蛋白与DNA 连接键已断连接键已断,蛋白分子表面蛋白分子表面又含有很多极性基团与苯酚相似相溶。又含有很多极性基团与苯酚相似相溶。蛋白分子溶于酚相,而蛋白分子溶于酚相,而DNA溶于水相。离心分层后取出水层,多次溶于水相。离心分层后取出水层,多次重复操作,再合并含重复操作,再合并含DNA 的水相。的水相。利用核酸不溶于醇的性质,用乙醇沉淀利用核酸不溶于醇的性质,用乙醇沉淀DNA。此法的特点是使提取此法的特点是使提取的的DNA保持天然状态保持天然状态。DNA的提取:的提取
16、:苯酚抽提法苯酚抽提法1.材料、设备及试剂材料、设备及试剂材料:材料:冷冻或新鲜抗凝全血,组织样冷冻或新鲜抗凝全血,组织样设备:设备:EP管、微量取液器管、微量取液器(20l,200l,1000l),台式高速离心机,台式高速离心机,涡旋振荡器涡旋振荡器试剂:试剂:裂解液裂解液 ligsis buffer(40mMTris-醋酸,醋酸,20mM醋酸钠醋酸钠,1mMEDTA,1%SDS,pH8.0)、)、Tris-饱和酚、氯仿、饱和酚、氯仿、异戊醇、异戊醇、NaAC、RNA酶、无水乙醇、灭菌水酶、无水乙醇、灭菌水 1)在在500l抗凝血中加入抗凝血中加入ligsis buffer 1000l,充分
17、颠混至清亮。以,充分颠混至清亮。以4000rpm,离心,离心5min。弃上清液。弃上清液。2)沉淀中加入沉淀中加入ligsis buffer 1500l,充分匀浆。以,充分匀浆。以6000rpm,离心,离心5min。3)彻底弃去上清,加入彻底弃去上清,加入extraction buffer 500l(裂解细胞),混(裂解细胞),混匀置于匀置于37,水溶,水溶1h。4)加入加入8l的蛋白酶的蛋白酶 K,颠混,颠混,37过夜(或过夜(或55,3h,但是,但是37效果要好些)。效果要好些)。5)每管加入每管加入450l饱和酚(取溶液下层)缓慢摇晃饱和酚(取溶液下层)缓慢摇晃10min,以,以5500
18、rpm,离心,离心15min。2.操作步骤(血样)操作步骤(血样)6)取上清,每管加入取上清,每管加入250l饱和酚和饱和酚和250l氯仿异戊醇(氯仿异戊醇(24:1),摇),摇匀匀10min,以,以5500rpm,离心,离心15min。7)取上清,每管加入取上清,每管加入500l氯仿异戊醇,摇匀氯仿异戊醇,摇匀10min,以,以5500rpm,离,离心心15min。8)取上清,每管加取上清,每管加50l的的3M的的NaAC,适量无水乙醇(预冷)至满,适量无水乙醇(预冷)至满,摇匀放入摇匀放入-20保存保存2h以上。以上。9)以以12000rpm,离心,离心20min。去上清,加入。去上清,加
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