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核酸及操作
一、核酸分子生物学概述
1953年Watson和Crick阐明了DNA的双螺旋结构,开辟了分子生物学的新纪元。两人因此获得了诺贝尔生理学与医学奖。DNA结构的认识是核酸结构首次被窥探,随着核糖核酸(RNA)的发现,才逐步建立了基因的重组技术,这一理论被认为是20世纪生物学的一项最伟大的成就。目前分子克隆技术无一不是建立在核酸操作的基础上,各种延伸的基因操作技术已经渗透到生物医学研究的所有领域。
基因突变、肿瘤细胞克隆性的分析,染色体的FISH、病毒检测等杂交技术也是利用了此项技术。下面将简要介绍核酸操作的基本技术理论。核酸的分布可以概略为以下几种情况(图1)。在人等真核生物中,包括了DNA和RNA两类,DNA多为双螺旋结构,95%的分布在细胞核内,有接近5%的分布在细胞器内,而少量的以非双螺旋形式存在于线粒体内。RNA功能的认识进些年来有更深的理解,它不仅是完成基因翻译、转录的遗传交换载体,而其存在的多种小RNA形式更是除细胞因子和基因操作单位外的,更为精细的基因调节单元。RNA主要分为:rRNA (80~85%),tRNA(10~15%)和mRNA(1~5%),为单链形式,主要在胞浆内分布,半衰期短、容易降解。
二 分离纯化核酸的一般原则
获取高质量的核酸分子是进行基因操作的前提。分离纯化核酸的一般原则是要保持核酸一级结构的完整性。因为DNA分子的一级结构决定着:(1〕遗传信息;(2〕高级结构及与其它生物大分子的结合方式。操作中的困难包括:(1〕细胞内存在很强的核酸酶活性会把核酸降解;(2〕化学因素对核酸的降解,如pH值、试剂的质量等;(3〕物理因素如机械剪切力、温度等。核酸的提取要达到一定纯度,常见的污染物质化学物质、有机溶剂、金属离子;其它生物大分子-蛋白、糖、脂和其它核酸。具体的纯度随试验目的不同有所变化,例如酶切需要纯化程度比较高的质粒,而PCR则需要较低纯度的模板。
经典的核酸提取的方法是酚/氯仿抽提法。其基本原理是通过交替使用酚、氯仿这两种不同的蛋白质变性剂,以增加去除蛋白杂质的效果。酚可有效地变性蛋白质,但不能完全抑制RNA酶;氯仿能加速有机相与液相的分层,去除植物色素和蔗糖;加入少许异戊醇的目的是减少蛋白质变性操作过程中产生的气泡。
wangzhen_01 离线
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Entire 1.8 million base pairs of the genome of the bacterium Haemophilus influenzae published, he first genome of a free living organism to be completed. Published in Fleischmann et al., Science 269:496-512, 1995 .
DNA from a single human cell has a length of ~1.8m.