分子生物讲义:第七章 分子生物学常用技术
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分子生物学基本技术包括核酸的纯化,体外合成、分子杂交、基因克隆、基因表达研究技术等第一节DNA的体外合成一、DNA的化学合成(无要求)一亚磷酸三酯法DNA的化学合成广泛用于合成寡核苷酸探针和引物,有时也用于人工合成基因和反义寡核苷酸。
目前寡核苷酸均是用DNA合成仪合成的,大多数DNA合成仪是以固相亚磷酸三酯法为基础设计制造的合成的原理:核酸固相合成的基本原理是将所要合成的核酸链的末端核苷酸先固定在一种不溶性高分子固相载体上,然后再从此末端开始将其他核苷酸按顺序逐一接长。
每接长一个核苷酸残基则经历一轮相同的操作,由于接长的核酸链始终被固定在固相载体上,所以过量的未反应物或反应副产物可通过过滤或洗涤的方法除去。
合成至所需长度后的核酸链可从固相载体上切割下来并脱去各种保护基,再经纯化即可得到最终产物。
(末端核苷酸的3’-OH与固相载体成共价键,5’-OH被二甲氧基三苯甲基(DMT)保护,下一个核苷酸的5’-OH亦被DMT保护3’-OH上的磷酸基上氨基亚磷酸化合物活化碱基上的氨基用苯甲酸保护。
每延伸一个核苷酸需四步化学反应(1)脱DMT游离出5’-OH。
⑵缩合(偶联反应):新生成的5’-OH与下一个核苷活化的3’单体缩合成亚磷酸三酯使链增长(3)盖帽(封端反应):有少量(小于0.5%)未缩合的5’-OH要在甲基咪唑或二甲氨基吡啶催化下用乙酸苷乙酰化封闭,以防进一步缩合造成错误延伸。
(4)氧化:新增核苷酸链中的磷为三价亚磷,需用碘氧化成五价磷(磷酸三酯)。
上述步骤循环一次,核苷酸链向5’方向延伸一个核苷酸二、聚合酶链式反应技术聚合酶链式反应(polymerasechainreaction,PCR)是一种体外特定核酸序列扩增技术。
一)PCR的基本原理双链DNA热变性成两条单链,降温使反应体系中的两个引物分别与两条DNA单链两侧的序列特异性复性,在合适的条件下,耐热DNA聚合酶以单链DNA为模板,利用反应体系中的4种dNTP合成其互补链(延伸),在适宜的条件下,这种变性一复性一延伸的循环重复1次DNA的量可以增加1倍,30次循环后,DNA的量增加230倍。
分子生物学常用技术一.琼脂糖凝胶电泳琼脂糖是一种线性多糖聚合物,从红色海藻产物琼脂中提取的。
当琼脂糖溶液加热到沸点后冷却凝固便会形成良好的电泳介质,其密度是由琼脂糖的浓度决定的。
经过化学修饰的低熔点(LMP)的琼脂糖,在结构上比较脆弱,因此在较低的温度下便会熔化,可用于DNA片段的制备电泳。
凝胶的分辨能力同凝胶的类型和浓度有关(见表)。
琼脂糖凝胶分辨DNA片段的范围为0.2~50kb之间;而要分辨较小分子量的DNA片段,则要用聚丙烯酞胺凝胶,其分辨范围为1个碱基对到1000个碱基对之间。
凝胶浓度的高低影响凝胶介质孔隙的大小。
浓度越高,孔隙越小,其分辨能力也就越强,反之,浓度降低,孔隙就增大,其分辨能力也就随之减弱,例如,20%的聚丙烯酰胺凝胶的分辨力可达1~6 bpDNA小片段,而要分离1000bp的DNA片段,则要用3%的聚丙烯酚胺的凝胶。
再如,2%的琼脂糖凝胶可分辨小到300bp的双链DNA分子,而对于较大片段的DNA,则要用低浓度(0.3%~1.0%)的琼脂糖凝胶。
琼脂糖及聚丙烯酰胺凝胶分辨DNA片段的能力凝胶类型及浓度分离DNA片段的大小范围(bp)0.3%琼脂糖 50 000 ~1 0000.7%琼脂糖 20 000 ~1 0001.4%琼脂糖 6000 ~ 3004.0%聚丙烯酰胺 1 000 ~ 10010.0%聚丙烯酰胺 500 ~ 2520.0%聚丙烯酰胺 50 ~ 1凝胶电泳既是一种分析的手段,也可以用来制备和纯化特定的DNA片段。
有两种不同类型的琼脂糖凝胶,一种是常熔点的,另一种是低熔点的,而后者的价格却相当昂贵。
它们都是琼脂的衍生物,具有很高的聚合强度和很低的电内渗,因此都是良好的电泳支持介质。
LMP琼脂糖是一种熔点为62~65℃的琼脂衍生物,它一旦熔解,便可在37℃下持续保持液体状态达数小时之久,而在25℃下也可持续保持液体状态的10分钟, LMP琼脂糖可以不经电洗脱或破碎凝胶,即可用来回收DNA分子。
•分子生物学概述•基因克隆技术•核酸测序技术•蛋白质组学技术•基因表达调控研究技术•细胞信号传导途径研究技术•生物信息学在分子生物学中应用contents目录01分子生物学概述分子生物学定义与发展分子生物学定义发展历程包括基因的结构、功能、表达调控以及基因组的结构、功能与进化等。
基因与基因组研究DNA 复制、转录与翻译蛋白质组学基因表达调控研究DNA 的复制、转录和翻译过程及其调控机制,揭示遗传信息在细胞内的传递和表达规律。
研究细胞内所有蛋白质的表达、功能及其相互作用,揭示蛋白质在生命活动中的作用机制和调控规律。
研究基因表达的时空特异性及其调控机制,包括转录因子、表观遗传学修饰等。
分子生物学研究内容分子生物学与生物技术关系生物技术定义生物技术是以生命科学为基础,利用生物(或生物组织、细胞及其他组成部分)的特性和功能,设计、构建具有预期性能的新物质或新品系,以及与工程原理和技术相结合进行社会生产或为社会服务的一种综合性技术。
分子生物学对生物技术的影响分子生物学的发展为生物技术提供了重要的理论基础和技术支持,推动了基因工程、细胞工程、发酵工程等生物技术的飞速发展。
同时,生物技术的发展也反过来促进了分子生物学的深入研究,为揭示生命现象的本质和规律提供了有力手段。
02基因克隆技术步骤目的基因的获取载体的选择与构建030201重组DNA分子的构建将目的基因与载体连接,形成重组DNA分子。
重组DNA分子的转化将重组DNA分子导入受体细胞,如细菌、酵母或哺乳动物细胞等。
转化细胞的筛选与鉴定通过选择性培养基或PCR等方法筛选含有重组DNA分子的细胞,并进行鉴定。
0102载体选择构建策略添加启动子和终止子添加选择性标记优化载体结构030405载体选择与构建策略重组DNA转化与筛选方法转化方法筛选方法03核酸测序技术1. DNA模板制备2. 引物设计3. 测序反应4. 产物纯化015. 变性凝胶电泳026. 放射自显影031 2 3NGS技术原理NGS技术特点NGS技术应用第二代测序技术(NGS)简介第三代测序技术(TGS)展望TGS技术原理TGS技术特点TGS 技术应用前景04蛋白质组学技术蛋白质组学概念及研究内容蛋白质组学概念研究内容层析法利用不同物质在固定相和流动相之间分配系数的差异进行分离,如凝胶层析、离子交换层析等。
分子生物学常用技术分子生物学是现代生物学研究的一个重要领域,通过对细胞分子结构和功能的研究,为生命科学的进一步发展提供了重要的思路和手段。
分子生物学常用技术是在研究这一领域中必不可少的工具,下面我将从不同角度介绍这些技术。
一、DNA 提取技术DNA 提取是分子生物学中的基本技术之一,通常用于从生物样品中提取纯净的 DNA。
提取后的 DNA 可以用于 PCR 扩增、基因测序、构建谱系树和基因克隆等研究。
常用的 DNA 提取方法包括:SDS 法、酚-氯仿法、纯物直提法、磁珠提取法等。
二、PCR 扩增技术PCR 扩增技术是一种高效、快速、精确的 DNA 复制技术,它可以将少量模板 DNA 扩增到数百万份,是分子生物学领域中最常用的技术之一。
PCR 扩增实验包括:反应体系的准备、扩增程序的设置、扩增产物的分离、测序和定量分析等步骤。
三、蛋白质电泳技术蛋白质电泳技术是一种将蛋白质分离、纯化、鉴定和定量的常用技术。
常见的蛋白质电泳实验包括:SDS-PAGE,氨基酸序列鉴定,二维凝胶电泳(2-DE)等。
蛋白质电泳技术可用于研究生物体内蛋白质的分布、结构、功能和相互作用关系。
四、基因编辑技术基因编辑技术是一种新兴的分子生物学技术,可用于修改细胞或生物体的基因组序列。
最常用的基因编辑技术是 CRISPR-Cas9 技术,它基于靶向特定 DNA 序列的小RNA和 Cas9 蛋白的结合,从而在特定的位置切割 DNA 分子,实现基因组修饰。
基因编辑技术在农业、医药、生物研究等领域具有广泛的应用前景。
五、RNAi 技术RNAi 技术是一种利用 RNA 干扰(RNA interference)机制抑制基因表达的技术。
RNAi 技术可以通过向细胞中导入或合成RNA 分子,干扰靶向基因的 mRNA 转录和翻译,从而抑制靶向基因的表达。
使用 RNAi 技术可研究基因功能、探索新型药物和开发生物技术等领域。
六、基因测序技术基因测序技术是一种将 DNA 或 RNA 分子序列确定下来的技术。