免费聊天平台:聚合酶链式反应(PCR)实验方法

来源:百度文库 编辑:中财网 时间:2024/05/02 06:42:23
聚合酶链式反应(PCR)
聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法,为最常用的分子生物学技术之一。典型的PCR由(1)高温变性模板;(2)引物与模板退火;(3)引物沿模板延伸三步反应组成一个循环,通过多次循环反应,使目的DNA得以迅速扩增。其主要步骤是:将待扩增的模板DNA置高温下(通常为93℃-94℃)使其变性解成单链;人工合成的两个寡核苷酸引物在其合适的复性温度下分别与目的基因两侧的两条单链互补结合,两个引物在模板上结合的位置决定了扩增片段的长短;耐热的DNA聚合酶(Taq酶)在72℃将单核苷酸从引物的3’端开始掺入,以目的基因为模板从5’→3’方向延伸,合成DNA的新互补链。
PCR能快速特异扩增任何已知目的基因或DNA片段,并能轻易在皮克(pg)水平起始DNA混合物中的目的基因扩增达到纳克、微克、毫克级的特异性DNA片段。因此,PCR技术一经问世就被迅速而广泛地用于分子生物学的各个领域。它不仅可以用于基因的分离、克隆和核苷酸序列分析,还可以用于突变体和重组体的构建,基因表达调控的研究,基因多态性的分析,遗传病和传染病的诊断,肿瘤机制的探索,法医鉴定等诸多方面。通常,PCR在分子克隆和DNA分析中有着以下多种用途:
(1) 生成双链DNA中的特异序列作为探针;
(2) 由少量mRNA生成 cDNA文库;
(3) 从cDNA中克隆某些基因;
(4) 生成大量DNA以进行序列测定;
(5) 突变的分析;
(6) 染色体步移;
(7) RAPD、AFLP、RFLP等DNA多态性分析等。
一、试剂准备
1. DNA模版
2.对应目的基因的特异引物
3.10×PCR Buffer
4.2mM dNTPmix:含dATP、dCTP、dGTP、dTTP各2mM
5.Taq酶
二、操作步骤
1.在冰浴中,按以下次序将各成分加入一无菌0.5ml离心管中。
10×PCR buffer 5 μl
dNTP mix (2mM) 4 μl
  引物1(10pM) 2 μl
 引物2(10pM) 2 μl
Taq酶 (2U/μl) 1 μl
DNA模板(50ng-1μg/μl)  1 μl
加ddH2O至 50 μl
视PCR仪有无热盖,不加或添加石蜡油。
2. 调整好反应程序。将上述混合液稍加离心,立即置PCR仪上,执行扩增。一般:在93℃预变性3-5min,进入循环扩增阶段:93℃ 40s → 58℃ 30s → 72℃ 60s,循环30-35次,最后在72℃ 保温7min。
3. 结束反应,PCR产物放置于4℃待电泳检测或-20℃长期保存。
4.PCR的电泳检测:如在反应管中加有石蜡油,需用100μl氯仿进行抽提反应混合液,以除去石蜡油;否则,直接取5-10μl电泳检测。
三、PCR反应体系的组成与反应条件的优化
 PCR反应体系由反应缓冲液(10×PCR Buffer)、脱氧核苷三磷酸底物(dNTPmix)、耐热DNA聚合酶(Taq酶)、寡聚核苷酸引物(Primer1,Primer2)、靶序列(DNA模板)五部分组成。各个组份都能影响PCR结果的好坏。
1. 反应缓冲液:一般随Taq DNA聚合酶供应。标准缓冲液含:50mM KCl,10mM Tris-HCl(pH8.3室温),1.5mM MgCl2。Mg2+的浓度对反应的特异性及产量有着显著影响。浓度过高,使反应特异性降低;浓度过低,使产物减少。在各种单核苷酸浓度为200μM时,Mg2+为1.5mM较合适。若样品中含EDTA或其它螯合物,可适当增加Mg2+的浓度。在高浓度DNA及dNTP条件下进行反应时,也必须相应调节Mg2+的浓度。据经验,一般以1.5-2mM(终浓度)较好。
2. dNTP :高浓度dNTP易产生错误掺入,过高则可能不扩增;但浓度过低,将降低反应产物的产量。PCR中常用终浓度为50-400μM的dNTP。四种脱氧三磷酸核苷酸的浓度应相同,如果其中任何一种的浓度明显不同于其它几种时(偏高或偏低),就会诱发聚合酶的错误掺入作用,降低合成速度,过早终止延伸反应。此外,dNTP能与Mg2+结合,使游离的Mg2+浓度降低。因此,dNTP的浓度直接影响到反应中起重要作用的Mg2+浓度。
3. Taq DNA聚合酶酶:在100μl反应体系中,一般加入2-4U的酶量,足以达到每min延伸1000-4000个核苷酸的掺入速度。酶量过多将导致产生非特异性产物。但是,不同的公司或不同批次的产品常有很大的差异,由于酶的浓度对PCR反应影响极大,因此应当作预试验或使用厂家推荐的浓度。当降低反应体积时(如20μl或50μl),一般酶的用量仍不小于2U,否则反应效率将降低。
4. 引物:引物是决定PCR结果的关键,引物设计在PCR反应中极为重要。要保证PCR反应能准确、特异、有效地对模板DNA进行扩增,通常引物设计要遵循以下几条原则:
⑴ 引物的长度以15-30bp为宜,一般(G+C)的含量在45-55%,Tm值高于55℃[Tm=4(G+C)+2(A+T)]。应尽量避免数个嘌呤或嘧啶的连续排列,碱基的分布应表现出是随机的。
⑵ 引物的3’端不应与引物内部有互补,避免引物内部形成二级结构,两个引物在3’端不应出现同源性,以免形成引物二聚体。3’端末位碱基在很大程度上影响着Taq酶的延伸效率。两条引物间配对碱基数少于5个,引物自身配对若形成茎环结构,茎的碱基对数不能超过3个由于影响引物设计的因素比较多,现常常利用计算机辅助设计。
⑶ 人工合成的寡聚核苷酸引物需经PAGE或离子交换HPLC进行纯化。
⑷ 引物浓度不宜偏高,浓度过高有两个弊端:一是容易形成引物二聚体(primer-dimer),二是当扩增微量靶序列并且起始材料又比较粗时,容易产生非特异性产物。一般说来,用低浓度引物不仅经济,而且反应特异性也较好。一般用0.25-0.5pM/μl较好。
⑸ 引物一般用TE配制成较高浓度的母液(约100μM),保存于-20℃。使用前取出其中一部分用ddH2O配制成10μM或20μM的工作液。
5. 模板:PCR对模板的要求不高,单、双链DNA均可作为PCR的样品。虽然PCR可以用极微量的样品(甚至是来自单一细胞的DNA)作为摸板,但为了保证反应的特异性,一般还宜用μg水平的基因组DNA或104拷贝的待扩增片段作为起始材料。原材料可以是粗制品,某些材料甚至仅需用溶剂一步提取之后即可用于扩增,但混有任何蛋白酶、核酸酶、Taq DNA聚合酶抑制剂以及能结合DNA的蛋白,将可能干扰PCR反应。
6. PCR循环加快,即相对减少变性、复性、延伸的时间,可增加产物的特异性。
四、注意事项
1.PCR反应应该在一个没有DNA污染的干净环境中进行。最好设立一个专用的PCR实验室。
2.纯化模板所选用的方法对污染的风险有极大影响。一般而言,只要能够得到可靠的结果,纯化的方法越简单越好。
3.所有试剂都应该没有核酸和核酸酶的污染。操作过程中均应戴手套。
4.PCR试剂配制应使用最高质量的新鲜双蒸水,采用0.22μm滤膜过滤除菌或高压灭菌。
5.试剂都应该以大体积配制,试验一下是否满意,然后分装成仅够一次使用的量储存,从而确保实验与实验之间的连续性。
6.试剂或样品准备过程中都要使用一次性灭菌的塑料瓶和管子,玻璃器皿应洗涤干净并高压灭菌。
7.PCR的样品应在冰浴上化开,并且要充分混匀。

huangzhiqiang07 发表于 08-10-26 13:25

RNA酶活性的控制

RNA酶活性的控制
  为了获得高质量的真核细胞mRNA, 必须使用RNA酶的抑制剂或采用下述的破碎细胞和灭活RNA酶同步进行的方法,最大限度地降低细胞破碎过程中所释放的RNA酶的活性。同时,避免偶然引入实验室内其他潜在的痕量RNA酶也很重要。下面列举避免RNA酶法染问题的一些注意事项。大多数有经验的研究者并不拘泥于这些注意事项,只是在遇到问题时可能采用其中的一种或几种方法加以解决。

实验程序
RNA酶的抑制剂
破碎细胞和灭活RNA酶同步进行的方法

(一)实验程序

  如不谨慎操作,外源性RNA酶可以通过下述途径污染RNA制品:
(1)玻璃制品、塑料制品和电泳槽 灭菌的一次性使用的塑料制品基本上无RNA酶,可以不经预处理直接用于制备和贮存RNA。实验室用的普通玻璃器皿和塑料制品经常有RNA酶法染,使用前必须于180 ℃干烤8小时或更长时间(玻璃器皿)或用氯仿冲洗(塑料制品)。另一种方法是用0.1 %焦碳酸二乙酯(DEPC)的水溶液浸泡用于制备RNA的烧杯,试管和其他用品。DEPC是RNA酶的强烈抑制剂,但其作用并不是绝对的(Fedorcsak和Ehrenberg,1966)。灌满DEPC的玻璃或塑料器皿在37℃放置2小时,然后用灭菌水淋洗数次, 并于100℃干烤15分钟(Kumar和Lindberg,1972)。在15 lbf/in2(1.034x105Pa)高压蒸氯灭菌15分钟。上述处理可以除去器甲上痕量的DEPC,以防DEPC通过羧甲基化作用对RNA的嘌呤碱基进行修饰。
  羧甲基化的RNA在无细胞体系中翻译效率很低,然而,除非其中大部分嘌呤碱基均被修饰,否则其形成DNA:RNA或RNA:RNA杂交休的能力并不明显降低。用于RNA电泳的电泳槽应用去污剂洗干净,再用水冲洗,用乙醇干燥,然后灌满3%的H2O2溶液,于室温放置10分钟,然后用0.1 %DEPC处理过的水彻底冲洗电泳槽。最好能留出一些玻璃器皿、塑料制品和电泳槽作上特殊标记,存放在指定地点,为RNA实验专用。
(2)研究人员造成的污染 RNA酶最主要的潜在污染源是研究人员的手。因此,在准备分离的和分析RNA的材料和溶液时,主有涉及RNA的一切操作过程中,都应戴一次性手套,接触“胖的”玻璃器皿和其他物品以后,手套就可能沾染上RNA酶,因此进行RNA实验时应勤换手套。
(3)污染的溶液 用高压灭菌的水和RNA研究专用的化学试剂配制溶液,用干烤过的药匙称取试剂,将溶液装入无RNA酶的玻璃器皿。可能的话溶液均应用0.1%DEPC于37℃至少处理12小时,然后于100℃加热15分钟或在15lbf/in2(1.034x105Pa)的高压下蒸气灭菌15分钟。注:DEPC可与胺类迅速发生化学反应,因些不能用来处理含有Tris 一类的缓冲液。可存几瓶新的未开封的Tris晶体以制备无RNA酶的溶液。

(二)RNA酶的抑制剂

下面介绍3种广泛应用的特异性RNA酶抑制剂。
(1)RNA酶的蛋白质抑制剂是 从人胎盘分离的一种蛋白质可与多种RNA酶紧密结合(KI≈3x1010)形成非共价结合的等摩尔复合物,使RNA酶失活。此蛋白质体内可能是血管生成素的抑制剂,血管生成素是氨基酸序列和推测的三级结构与胰RNA酶类似的一种血管生成因子, 几个厂家以不同的商品名出售这种抑制剂,该蛋白质应置于含5mmol/L二硫苏糖醇(DTT)的50%甘油中,贮存于-20℃。抑制剂制品冻融数次后或放置在氧化条件下即应弃之不用,因为上述处理会使蛋白质变性从而释放出所结合的RNA酶。因此,在使用变性剂裂解哺乳动物细胞这一提取RNA的初始步聚中不应使用这种蛋白抑制剂。然而职用更温和的裂解方法时应使用这种抑制剂,并且在后续的所有RNA纯化步骤中均应有此蛋白质存在。由于酚抽提可以除蛋白质抑制剂,故应在纯化过程中补加几次抑制剂。其最大活性的发挥要求巯基试剂,而且它并不干扰反转录或mRNA在无细胞体系中的翻译。
(2)氧钒核糖核苷复合物 这种由氧钒(1V)离子和4种核糖核苷之中的任意一种所形成的复合物,是量种过渡态类似物,它能与多种RNA酶结合并几科能百分之百地抑制RNA酶的活性。这4种氧钒核糖核苷复合物可加入完整细胞中,在RNA提取和纯化的所有过程中,其使用浓度都是10mmol/L。所得到的mRNA可直接在硅卵母细胞中进行翻译, 并能作为某些外酶促反应(如mRNA反转录)的模板。然而氧钒核糖核苷复合物强烈抑制mRNA在无细胞体系中的翻译,因此必须用含0.1 %羟基喹淋的苯酚[ 用0. 01mol/LTris.Cl(pH7.8)平衡]多次抽提以去除之。有几家公司出售氧钒核糖核苷复合物。
(3)Macaloid(硅藻上)Macaloid是一咱粘土,很多年前就发现它能吸附RNA酶,用缓冲液将其制成浆液,以0.015%(W/V)的终浓度溶解细胞。 这种粘土随同它所吸附的RNA酶可在后续的RNA纯化过程中(如酚抽提后)经离心去除。

(三)破碎细胞和灭活RNA酶同步进行的方法

  用强烈变性如盐酸胍或硫氰酸胍溶液能迅速溶解蛋白质, 导致细胞结构破碎,核蛋白由于其二级结构的破坏而从核酸上解离下来。RNA酶可耐受多种处理等,因此可联用上述试剂,从组织中,如富含RNA酶的胰腺中,提取完整无损的RNA。下述实验程序系列利用RNA酶抑制剂和(或)能迅速灭活RNA酶的有关方法从组织或细胞培养物中分离总RNA、核内RNA和胞质内RNA。