molbio-kb

第七章:分子生物学实验技术

7.1 核酸操作技术

核酸提取

DNA提取原理

  1. 细胞裂解:SDS或CTAB破坏细胞膜
  2. 蛋白质去除:蛋白酶K消化,酚/氯仿抽提
  3. DNA沉淀:乙醇或异丙醇沉淀
  4. 纯化:洗涤去除杂质

RNA提取注意事项

核酸电泳

琼脂糖凝胶电泳

聚丙烯酰胺凝胶电泳

核酸定量

分光光度法

荧光法

7.2 PCR技术

基本原理

PCR

(聚合酶链式反应):体外快速扩增特定DNA片段

发明者:Kary Mullis(1993年诺贝尔化学奖)

反应体系: | 组分 | 作用 | |——|——| | 模板DNA | 扩增的原始材料 | | 引物 | 确定扩增起始位点 | | DNA聚合酶 | 催化DNA合成 | | dNTPs | 原料 | | 缓冲液 | 提供适宜环境(Mg²⁺、pH) |

反应步骤

94-95°C 变性 → 50-65°C 退火 → 72°C 延伸
     ↓
   30-35个循环
     ↓
  DNA指数扩增(2ⁿ)

关键参数

PCR衍生技术

逆转录PCR(RT-PCR):

实时定量PCR(qPCR):

数字PCR(dPCR):

高保真PCR

常用酶: | 酶 | 特点 | 应用 | |—-|——|——| | Taq酶 | 耐热,无校对 | 常规PCR | | Pfu酶 | 有3’-5’外切酶活性 | 克隆 | | Phusion酶 | 高保真,快速 | 测序、克隆 |

7.3 分子克隆技术

限制性内切酶

识别序列特点

识别序列 末端
EcoRI G↓AATTC 5’粘性
BamHI G↓GATCC 5’粘性
HindIII A↓AGCTT 5’粘性
SmaI CCC↓GGG 平末端

载体系统

载体类型 容量 宿主 应用
质粒 2-10 kb 细菌 常规克隆
噬菌体 9-23 kb 细菌 cDNA文库
BAC 100-300 kb 细菌 基因组文库
YAC 0.5-2 Mb 酵母 大片段克隆

克隆流程

目的基因获取 ← PCR/化学合成/文库筛选
      ↓
载体准备 ← 限制性内切酶切割
      ↓
连接反应 ← DNA连接酶
      ↓
转化/转染 ← 导入宿主细胞
      ↓
筛选鉴定 ← 抗生素抗性、蓝白斑筛选、测序

重组技术

Gibson Assembly

Golden Gate克隆

7.4 基因表达分析

Northern Blot

原理:检测特定RNA的表达

步骤

  1. RNA电泳分离
  2. 转膜
  3. 探针杂交
  4. 信号检测

应用

Western Blot

原理:检测特定蛋白质的表达

步骤

  1. 蛋白质电泳(SDS-PAGE)
  2. 转膜
  3. 抗体孵育(一抗、二抗)
  4. 信号检测(化学发光或荧光)

应用

免疫沉淀

Co-IP(免疫共沉淀):

ChIP(染色质免疫沉淀):

7.5 基因编辑技术

CRISPR-Cas9系统

发现:Jennifer Doudna & Emmanuelle Charpentier(2020年诺贝尔化学奖)

组成

原理

sgRNA识别靶序列(PAM: NGG)
        ↓
Cas9切割DNA双链
        ↓
细胞修复(NHEJ或HDR)
        ↓
基因敲除或精确编辑

应用

碱基编辑器

CBE(胞嘧啶碱基编辑器):

ABE(腺嘌呤碱基编辑器):

优势

Prime Editing

原理

7.6 细胞与成像技术

细胞培养

原代培养:直接从组织分离 传代细胞系:可无限传代(如HeLa、293T)

培养条件

荧光显微镜

常用荧光染料: | 染料 | 激发/发射 | 应用 | |——|———-|——| | DAPI | 358/461 nm | DNA染色 | | GFP | 488/509 nm | 蛋白标记 | | RFP | 555/584 nm | 蛋白标记 |

共聚焦显微镜

流式细胞术

原理

应用

本章小结

思考题

  1. 为什么PCR需要引物,而DNA复制在体内不需要外源引物?
  2. 比较CRISPR-Cas9与传统基因编辑技术(ZFN、TALEN)的优缺点。
  3. Western Blot和质谱在蛋白质分析中各有什么优势?