DNA的聚合以及酶鏈式反應

DNA的聚合以及酶鏈式反應PCR技術的形成及發(fā)展

PCR的實現(xiàn)1985PE-CetusMullis等發(fā)明了具有劃時代意義的聚合酶鏈反應。其原理類似于DNA的體內(nèi)復制，只是在試管中給DNA的體外合成提供以致一種合適的條件——摸板DNA，寡核苷酸引物，DNA聚合酶，合適的緩沖體系，DNA變性、復性及延伸的溫度與時間

DNA的聚合以及酶鏈式反應PCR的改進與完善

Mullis最初使用的DNA聚合酶是大腸桿菌DNA聚合酶I的Klenow片段，其缺點是：①Klenow酶不耐高溫，90℃會變性失活，每次循環(huán)都要重新加。②引物鏈延伸反應在37℃下進行，容易發(fā)生模板和引物之間的堿基錯配，其PCR產(chǎn)物特異性較差，合成的DNA片段不均一。此種以Klenow酶催化的PCR技術雖較傳統(tǒng)的基因擴增具備許多突出的優(yōu)點，但由于Klenow酶不耐熱，在DNA模板進行熱變性時，會導致此酶鈍化，每加入一次酶只能完成一個擴增反應周期，給PCR技術操作程序添了不少困難。這使得PCR技術在一段時間內(nèi)沒能引起生物醫(yī)學界的足夠重視DNA的聚合以及酶鏈式反應1988年Saiki等從溫泉中分離的一株水生嗜熱桿菌(thermusaquaticus)中提取到一種耐熱DNA聚合酶。此酶具有以下特點：①耐高溫，在70℃下反應2h后其殘留活性大于原來的90%，在93℃下反應2h后其殘留活性是原來的60%，在95℃下反應2h后其殘留活性是原來的40%。②在熱變性時不會被鈍化，不必在每次擴增反應后再加新酶。③大大提高了擴增片段特異性和擴增效率，增加了擴增長度(2.0Kb)。由于提高了擴增的特異性和效率，因而其靈敏性也大大提高。為與大腸桿菌多聚酶IKlenow片段區(qū)別，將此酶命名為TaqDNA多聚酶(TaqDNAPolymerase)。此酶的發(fā)現(xiàn)使PCR廣泛的被應用DNA的聚合以及酶鏈式反應PCR技術的實驗原理模擬細胞內(nèi)DNA合成的過程利用了DNA變性、復性和能進行雜交的特點通過全自動的熱循環(huán)儀來完成DNA的聚合以及酶鏈式反應DNA的聚合以及酶鏈式反應PCR的基本原理PCR反應條件PCR過程PCR的特點1234522557294時間（min）溫度（℃）適溫延伸3高溫變性1低溫退火2重復1~3步25~30輪目的DNA片段擴增100萬倍以上DNA雙螺旋DNA單鏈與引物復性子鏈延伸DNA加倍DNA變性形成2條單鏈模板DNA95℃DNA的聚合以及酶鏈式反應PCR的基本原理PCR反應條件PCR過程PCR的特點95℃50℃引物1引物2DNA引物DNA的聚合以及酶鏈式反應PCR的基本原理PCR反應條件PCR過程PCR的特點50℃引物1引物2DNA引物72℃Taq酶Taq酶DNA的聚合以及酶鏈式反應PCR的基本原理PCR反應條件PCR過程PCR的特點72℃第1輪結束95℃第2輪開始DNA的聚合以及酶鏈式反應PCR的基本原理PCR反應條件PCR過程PCR的特點95℃50℃72℃TaqTaqTaqTaqDNA的聚合以及酶鏈式反應PCR的基本原理PCR反應條件PCR過程PCR的特點72℃第2輪結束DNA的聚合以及酶鏈式反應PCR的基本原理PCR反應條件PCR過程PCR的特點模板DNA第1輪擴增第2輪擴增第3輪擴增第4輪擴增第5輪擴增第6輪擴增DNA的聚合以及酶鏈式反應PCR反應的基本條件

模板的制備模板是進行DNA體外擴增的依據(jù)，它的來源于不同的材料。PCR對模板的質(zhì)量要求很高，但對它量的要求不高。制備模板的材料：新鮮材料：人或動物的血液及組織中提??；從少量材料：痰、尿液、腹腔液等;

法醫(yī)學的材料：血斑、精斑等；考古材料從以往保存的材料，如石蠟切片的蠟塊中。提取的原理和方法：（略）DNA的聚合以及酶鏈式反應引物的設計：設計引物應遵循以下原則：

①引物長度：15-30bp，常用為20bp左右。

②引物擴增跨度：以200-500bp為宜，特定條件下可擴增長至10kb的片段。

③引物堿基：G+C含量以40-60%為宜，G+C太少擴增效果不佳，G+C過多易出現(xiàn)非特異條帶。ATGC最好隨機分布，避免5個以上的嘌呤或嘧啶核苷酸的成串排列。

④避免引物內(nèi)部出現(xiàn)二級結構，避免兩條引物間互補，特別是3'端的互補，否則會形成引物二聚體，產(chǎn)生非特異的擴增條帶。DNA的聚合以及酶鏈式反應⑤引物-3’端的堿基，特別是最末及倒數(shù)第二個堿基，應嚴格要求配對，以避免因末端堿基不配對而導致PCR失敗。

⑥引物中有或能加上合適的酶切位點，被擴增的靶序列最好有適宜的酶切位點，這對酶切分析或分子克隆很有好處。

⑦引物的特異性：引物應與核酸序列數(shù)據(jù)庫的其它序列無明顯同源性。引物量：每條引物的濃度～1umol或10～100pmol，以最低引物量產(chǎn)生所需要的結果為好，引物濃度偏高會引起錯配和非特異性擴增，且可增加引物之間形成二聚體的機會。DNA的聚合以及酶鏈式反應PCR所用試劑：

DNA聚合酶

buffer:包括兩種，一種是含Mg++，一種是不含Mg++

。

dNTPsDNA的聚合以及酶鏈式反應PCR的操作過程設定一個加樣配方：標準的PCR反應體系：

10×擴增緩沖液5ul

4種dNTP混合物各200umol/L

引物各10～100pmol

模板DNA～2ug

TaqDNA聚合酶

Mg2+

1.5mmol/L

加雙或三蒸水至50ulDNA的聚合以及酶鏈式反應加樣：

單樣本加樣多樣本加樣加樣的順序PCR反應條件的設定：

預就性溫度：94℃，30秒變性溫度：94℃，30秒退火溫度：需要摸條件延伸溫度：72℃，30秒總延伸溫度：72℃，10分DNA的聚合以及酶鏈式反應DNA的聚合以及酶鏈式反應PCR結果的鑒定通過凝膠電泳的方式來進行。DNA的聚合以及酶鏈式反應PCR技術的應用PCR的初衷是為特異性的擴增某段DNA現(xiàn)在PCR在醫(yī)學研究中主要是用于基因診斷，常用于：對遺傳病的突變基因進行診斷對病原體的基因診斷通過PCR結合限制酶切的診斷

SSCP技術進行點突變的診斷RT-PCR進行結構基因的擴增及定量表達熒光定量PCR技術

DNA的聚合以及酶鏈式反應核酸的凝膠電泳一、基本原理1.核酸分子在水溶液中呈多聚陰離子。加上電場，它們會向正電極的方向遷移。

2.在一定的電場強度下，DNA分子的遷移速度取決于核酸分子本身的大小和構型。分子量大的DNA遷移速度慢。當分子量相同時，超螺旋的DNA分子因其密度大，遷移速度快，松弛型開環(huán)DNA遷移速度慢于前者，而線性DNA的速度最慢。DNA的聚合以及酶鏈式反應DNA的聚合以及酶鏈式反應

3．電泳環(huán)境的影響：緩沖液的組成和離子強度直接影響遷移速度。

當電泳緩沖液中無離子時，溶液導電性極小，電泳速度慢。當電泳緩沖液中離子濃度極強時，則導電性極高，并易產(chǎn)熱。pH值也影響遷移率，溶液的pH遠離樣品的等電點時，樣品顆粒的電離程度大，相應的電泳速率就大。凝膠材料的不同，以及濃度的不同對同樣大小顆粒的電泳速率也不相同，因此，不同濃度的凝膠分辨DNA分子大小的能力也不同。

DNA的聚合以及酶鏈式反應

表：瓊脂糖及聚丙烯酰胺凝膠分辨DNA片段的能力

凝膠類型及結構分離DNA片段的大小范圍(bp)0.3%瓊脂糖50000-10000.7%瓊脂糖20000-10001.4%瓊脂糖6000-3004.0%聚丙烯酰胺1000-10010.0%聚丙烯酰胺500-25 20.0%聚丙烯酰50-1DNA的聚合以及酶鏈式反應凝膠的作用DNA的聚合以及酶鏈式反應4．凝膠電泳的目的：

可將大小不等的DNA片段和蛋白分子進行分離，并通過標準分子量maker鑒定其大小。對所要的目的分子進行純化提取。DNA的聚合以及酶鏈式反應二、瓊脂糖凝膠電泳AgaroseGelElectrophoresis瓊脂糖是從海藻中提取出的長鏈狀多聚糖，當它被加熱到90℃時可被溶解成半透明的液體，這時便于澆板并在冷卻后固化成凝膠。其凝固點這40-45℃。瓊脂糖電泳的優(yōu)點：操作方便，并可用來鑒定和純化特定的DNA分子。DNA的聚合以及酶鏈式反應AgaroseGelElectrophoresis-+3DNA的聚合以及酶鏈式反應SampleWell25ng1kbladder0.8%Agarose124681012kbAgaroseGelElectrophoresisSybergoldDetectionLimit:~0.2-0.5ngDNAEtBrDetectionLimit:~5-10ngDNA(Notinhandout)DNA的聚合以及酶鏈式反應DNA的聚合以及酶鏈式反應用低溶點瓊脂糖來分離并純化DNA。瓊脂糖電泳的不足之處：它的分辨范圍在之間，對一些分辨更小DNA分子的實驗將無法進行。瓊脂糖電泳結果的顯示：

1.利用核酸與溴化乙錠吸附性強的特點，用溴化乙錠來顯色。

DNA的聚合