核酸的分离与纯化
核酸的分离与纯化
核酸的分离主要是指将核酸与蛋白质、多 糖、脂肪等生物大分子分开。 在分离核酸时，应遵循两个原则：一是保 证核酸一级结构的完整性；二是尽量排除 其它分子的污染，保证核酸样品的纯度。
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核酸分离与纯化的过程一般都包括了材料 的选择、核酸的释放、核酸与其它生物大 分子的分离、核酸的纯化与鉴定、核酸的 浓缩、保存等几个主要步骤。 每一步骤又可由多种不同的方法单独或联 合实现。
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5. 质粒DNA的纯化
（1）聚乙二醇沉淀法 质粒DNA的粗制品首先用LiCl沉淀大分子 RNA，并用RNase消化小分子RNA；然 后在高盐条件下，用PEG选择性地沉淀大 的质粒DNA；沉淀的质粒DNA进一步用 酚/氯仿抽提，乙醇沉淀。
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（2）柱层析法 柱层析法纯化质粒DNA的关键是其填充的树脂。 树脂可分为两类：一类是利用疏水的相互作用来 纯化质粒DNA样品；一类则通过离子交换与吸附 的相互作用进行纯化。 以硅基质作为填充材料的柱层析，其作用原理是 在多盐条件下，依靠DNA与硅基质的可逆性结合 来进行纯化。通过暴露的磷酸盐残基，DNA吸附 到硅基质上，以50%的乙醇溶液洗去RNA和糖 类等生物大分子，然后加入TE或水溶液使DNA 分子重新水合，并通过离心洗脱出来。
在酚或酚-氯仿中加入少许的异戊醇，是可以
减少实验中的气泡的产生，而且利于分相，保
持分相的稳定性。
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为什么苯酚要重蒸饱和后才能用于DNA的分离？ 苯酚在空气中经常被氧化生成醌，它能够产生 自由基，如果直接用于DNA分离，会使磷酸二 酯键断裂，造成DNA降解。氧化苯酚需要经过 高温重蒸以除去氧化物，并用Tris-Hcl饱和酚， 并调节至中性。使用饱和酚可以减少酚吸收更 多的DNA，降低DNA的损失率。
核酸提取经验及原理总结
核酸提取经验及原理总结核酸提取是分子生物学研究中的一项重要技术，它可以从生物样品中分离和纯化出目标的核酸分子，为后续的实验操作提供基础。
本文将对核酸提取的经验和原理进行总结，以帮助读者更好地理解和应用该技术。
核酸提取的经验总结：2.样品的预处理：在核酸提取前，需要对样品进行一些预处理，如细胞裂解、组织破碎等。
这些步骤有助于释放和保护核酸分子，促进提取效果。
3.溶解和裂解：核酸提取的第一步是将样品溶解和裂解，以释放核酸分子。
溶解缓冲液常用于裂解样品，并加入蛋白酶进行蛋白质降解。
此时需要考虑样品的特性和实验要求，选择合适的裂解缓冲液和裂解方法。
4.核酸分离：核酸分离是核酸提取的关键步骤，常用的分离方法有酚-氯仿法、硅胶柱法和磁珠法等。
在选择分离方法时需考虑样品的类型和实验要求，以及各种方法的特点和优势。
5.纯化和浓缩：提取的核酸分子中常含有杂质，需要进行纯化和浓缩。
常用的纯化方法有酚-氯仿法、琼脂糖凝胶电泳法和商用纯化试剂盒等。
纯化后的核酸可以进行浓缩，以提高其浓度和纯度。
6.质量检测：核酸提取后，需要对提取的核酸分子进行质量检测。
常用的检测方法有琼脂糖凝胶电泳、比色法和荧光分析等。
通过检测可以了解核酸的浓度、纯度和完整性，为后续实验提供准确的数据。
核酸提取的原理总结：1.细胞裂解和溶解：细胞裂解是将细胞壁和细胞膜破坏，使细胞内容物暴露在溶液中。
细胞溶解液中常含有裂解缓冲液和蛋白酶等物质，以促进细胞的裂解和蛋白质的降解。
2.核酸分离和纯化：核酸在细胞溶解液中可以与其他细胞成分分离，常用的方法有酚-氯仿法。
酚可溶于水，而氯仿可溶于有机溶剂，通过两相溶剂的分层，可以将核酸沉淀到有机相中，从而实现核酸的分离。
3.杂质去除和浓缩：通过纯化方法，可以将核酸与其他杂质分离。
如硅胶柱和磁珠法通过静电吸附和洗脱来除去杂质，商用纯化试剂盒则通过离心柱等固相材料来实现。
纯化后的核酸可以进行浓缩，以提高其浓度和纯度。
4.质量检测：核酸提取后，需要对提取的核酸进行质量检测。
核酸分离与纯化的原理及其方法学进展
作者单位:518000深圳市人民医院检验医学部微生物室(唐曙明、何林);524023湛江,广东医学院生化教研室(周克元)・讲座・核酸分离与纯化的原理及其方法学进展唐曙明 何林 周克元 【关键词】 核酸; 分离与纯化; 核酸提取 核酸的分离与纯化技术是生物化学与分子生物学的一项基本技术。
随着分子生物学技术广泛应用于生物学、医学及其相关等领域,核酸的分离与纯化技术也得到进一步发展。
各种新方法、经完善后的传统经典方法以及商品试剂方法的不断出现,极大地推动了分子生物学的发展。
现就核酸分离与纯化的原理及其方法学进展作一综述。
核酸分离与纯化的原则核酸在细胞中总是与各种蛋白质结合在一起的。
核酸的分离主要是指将核酸与蛋白质、多糖、脂肪等生物大分子物质分开。
在分离核酸时应遵循以下原则:保证核酸分子一级结构的完整性;排除其他分子污染。
核酸分离与纯化的步骤大多数核酸分离与纯化的方法一般都包括了细胞裂解、酶处理、核酸与其他生物大分子物质分离、核酸纯化等几个主要步骤。
每一步骤又可由多种不同的方法单独或联合实现。
1.细胞裂解:核酸必须从细胞或其他生物物质中释放出来。
细胞裂解可通过机械作用、化学作用、酶作用等方法实现。
(1)机械作用:包括低渗裂解、超声裂解、微波裂解、冻融裂解和颗粒破碎等物理裂解方法。
这些方法用机械力使细胞破碎,但机械力也可引起核酸链的断裂,因而不适用于高分子量长链核酸的分离。
有报道超声裂解法提取的核酸片段长度从<500bp ～>20kb之间,而颗粒匀浆法提取的核酸一般<10kb。
(2)化学作用:在一定的p H环境和变性条件下,细胞破裂,蛋白质变性沉淀,核酸被释放到水相。
上述变性条件可通过加热、加入表面活性剂(SDS、Triton X2100、Tween20、N P240、CTAB、sar2 cosyl、Chelex2100等)或强离子剂(异硫氰酸胍、盐酸胍、肌酸胍)而获得。
而p H环境则由加入的强碱(NaO H)或缓冲液(TE、STE等)提供。
核酸的分离与纯化.
使用酚时应注意
(1）使用注意 酚通常是透明无色的结晶，如果酚结晶呈现粉 红色或黄色，表明其中含有酚的氧化产物，例如 醌、二酸等。变色的酚不能用于核酸抽提实验， 因为氧化物可破坏核酸的磷酸二酯键。 (2）安全操作 酚腐蚀性很强，并可引起严重的灼伤，操作时 应戴手套。
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2.3 核酸的沉淀
沉淀是浓缩核酸最常用的方法。 优点：
DNA样品沉淀。一般不需低温长时间放置。 缺点：
易使盐类、蔗糖与DNA共沉淀．异丙醇难以挥 发除去。所以，最后用70％乙醇漂洗数次。
（3）聚乙二醇（PEG）
优点： 可用不同浓度的PEG选择沉淀不同相对分子质量
的DNA片段。应用6000相对分子质量的PEG进行 DNA沉淀时，使用浓度与DNA片段的大小成反比。 注意：
(1） 金属离子螯合剂：
DNA酶需要金属二价离子Mg2+、Ca2+的激活，因 此使用金属二价离子螯合剂，可抑制DNA酶活性。 如EDTA-Na2(乙二胺四乙酸二钠)、8-羟基喹啉； (2） 阴离于型表面活性剂：
如SDS，该试剂除对核酸酶有抑制作用外，还 能使蛋白质变性，并与变性蛋白结合成带负电荷 的复合物，该复合物在高盐溶液中沉淀。
核酸与蛋白质的结合力主要是正负静电 吸力(核酸与碱性蛋白的结合)、氢键和非 极性的范德华力。
分离核酸最困难的是将与核酸紧密结合 的蛋白质分开，同时避免核酸降解。
2.2.1 加入浓盐溶液（如NaCl）
核酸-蛋白质加入NaCl后，破坏静电吸力， 使氢键破坏，核蛋白解聚；
2.2.2 加入SDS
SDS除有破胞和抑制核酸酶的作用外，还 具有使核酸从蛋白质上游离出来的功能；
1）温度不要过高； 2）控制pH值范围(pH值5-9); 3）保持一定离子强度; 4）减少物理因素对核酸的机械剪切力.
核酸分离与纯化的技术路线与原则
核酸分离与纯化的技术路线与原则核酸包括DNA 、RNA两类分子，在细胞内均与蛋白质结合成核蛋白。
真核生物基因组中，95%DNA 为双链线性分子，存在于细胞核中，5%为双链环状分子，存在于细胞器中；原核生物DNA 及质粒DNA 为双链或单链环状分子；RNA 为单链线性分子，主要存在于细胞质中。
DNA 与RNA 性质的不同导致对其分离与纯化的条件也不相同。
一、核酸分离与纯化的原则(1)保证核酸一级结构的完整性。
生物的遗传信息全部贮存在核酸一级结构中，而且核酸的一级结构还决定其高级结构的形式及和其他大分子结合的方式。
所以，所提取的核酸一级结构的完整性直接影响着后续实验中对其结构与功能研究的质量。
因此，在制备核酸的过程中，要做到：尽量简化操作程序，缩短提取过程；避免过酸、过碱等化学因素对核酸链中磷酸二酯键的破坏，在pH 值4～10条件下进行操作；操作时动作要轻缓，提取的样品小包装保存，以免诸多的物理因素对核酸的降解；避免细胞内及环境中核酶对核酸的生物性降解。
(2)排除其他生物大分子的污染，如蛋白质、多糖和脂类分子的污染应尽可能降低到最低程度，特别是提取DNA 分子时应除去RNA 分子，反之亦然。
(3)排除核酸样品中有机溶剂和过高浓度的金属离子。
二、分离与纯化的技术路线(一)核酸的释放通常情况下DNA 及RNA 均位于细胞内，因此核酸分离与纯化的第一步就是制备单个细胞，再破碎细胞，从而释放核酸。
破碎细胞的方法包括机械法与非机械法两大类。
机械法又可分为液体剪切法与固体剪切法；非机械法可分为干燥法与溶胞法。
由于溶胞法采用适宜的化学试剂与酶，能有效地裂解细胞，方法温和，能保证较高的核酸获得率，并能较好地保持核酸的完整性，从而得到广泛的应用。
(二)核酸的分离与纯化利用核酸与其他物质性质上的差异，可以分离与纯化核酸。
这种差异包括细胞定位与组织分布上的差异，物理、化学性质上的不同，以及各自独特的生物学特性。
操作过程中，既可以从复杂样品中抽提出核酸分子，也可以将样品中的非核酸成分(非核酸的生物大分子、非需要的核酸分子及在操作过程中加入的溶液与试剂)逐步清除。
第六章核酸的分离与纯化
三、鉴定、保存与应用
（一）核酸的鉴定
1．浓度鉴定核酸浓度的定量鉴定可通过紫外分光光度法与荧光光度法进行。
（1）紫外分光光度法：紫外分光光度法是基于核酸分子成分中的碱基均具有一定的紫外线吸收特性，最大吸收波长在250nm～270nm之间。这些碱基与戊糖、磷酸形成核苷酸后，其最大吸收波长不变。由核苷酸组成核酸后，其最大吸收波长为260nm，该物理特性为测定溶液中核酸的浓度奠定了基础。在波长260nm的紫外线下，1个OD值的光密度大约相当于50µg/ml的双链DNA，38µg/ml的单链DNA或单链RNA，33µg/ml的单链寡聚核苷酸。如果要精确定量已知序列的单链寡核苷酸分子的浓度，就必须结合其实际分子量与摩尔吸光系数，根据朗伯-比尔定律进行计算。若DNA样品中含有盐，则会使A260的读数偏高，尚需测定A310以扣除背景，并以A260与A310的差值作为定量计算的依据。紫外分光光度法只用于测定浓度大于0.25µg/ml的核酸溶液。
2．纯度鉴定紫外分光光度法还是荧光光度法，均可用于核酸的纯度鉴定。
核酸的分离与纯化讲解
• 二.质粒和噬菌体DNA的提取和纯化
• （一）质粒DNA的提取 • 基本步骤 • 1.细菌的培养 • 2.细菌的收集与裂解 • 3.质粒DNA的纯化 • 提取方法
• 煮沸法： • 碱法：最常用的质粒DNA提取方法。 • SDS法：
• （二）噬菌体DNA的提取
• 1.细菌培养 • 2.细菌的感染及裂解 • 3.噬菌体的沉淀及纯化 • 4.噬菌体DNA的提取
• 图1 玻璃砂研磨提取总DNA的电泳结果
• 1-4孔为低pH值法，5-8孔为CTAB法，9-12孔为苯酚法 • 1,2为西洋参；3.鲜品布渣叶；4.干品布渣叶
• 图2 氧化铝研磨提取总DNA的电泳结果
• 1-4孔为低pH值法，5-8孔为CTAB法，9-12孔为苯酚法 • 1,2为西洋参；3.鲜品布渣叶；4.干品布渣叶
一、概述
• 核酸分离提取的原则 • 常用方法及基本原理 • DNA的分离纯化 • RNA的分离纯化
第一节 核酸分离提取的原则
• 一、基本原则
• 1.保证核酸一级结构的完整性。 • 2.排除其它分子的污染。
• 二、注意事项
• 1.简化操作步骤，减少对核酸的破坏。 • 2.避免过酸（碱）等化学因素的影响（pH4～10）。 • 3.减少物理因素对核酸的降解。 • 4.防止核酸的生物降解。
• ③分离浮力密度不同的DNA分子或其他分子颗粒， 如图1。
图1 氯化铯梯度纯化λ噬菌体
噬菌体在1.45g/ml与1.50g/ml氯化铯界面之间形成一肉眼可 见的带。在1.45g/ml与1.50g/ml氯化铯界面之间可看到一个 由噬菌体颗粒形成的浅蓝色带。
• ④纯化DNA分子。在中性CsCl溶液中，DNA的 浮力密度为1.7g/ml，RNA为2.0g/ml，蛋白 质的浮力密度为1.3～1.4g/ml。在起始密度 为1.7g/ml的CsCl溶液中进行超速离心，可 以很好地将三者区分开。蛋白质浮在上层液 面，DNA分子在离心管中间形成区带，RNA沉 于管底，从而达到从DNA样品中去除微量RNA 和蛋白质的目的。
核酸的分离和纯化
琼脂糖凝胶电泳操作注意细节
1） 根据片段大小配制不同浓度的胶（改变分辨率），片段越小， 需要胶浓度越大。 2） 胶要现制先用 3） 选择合适的Marker 4） 配胶的缓冲液与电泳缓冲液要是同一种，且浓度一致（1倍） 5） 点样时要加入loading buffer，并注意，不要将样点到点样 孔之外（飘样），也不要将胶戳漏（漏样） 6） 根据片段大小及电泳检测目的，选择合适的电压及电泳时间 7）EB染色。
检测原理：
溴化乙锭（EB）可插入双链DNA分子中， 在紫外光照射下，发射荧光。
EB: 先染与后染
核酸凝胶电泳技术
溴化乙锭染料的化学结构及 其 对 DNA 分 子 的 插 入 作 用 。 由于插入了溴化乙锭分子， 在紫外光照射下，琼脂糖凝 胶 电 泳 中 DNA 的 条 带 便 呈 现 出荧光，易于鉴定。
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 （bp）
分离DNA的大小范围
0.3%琼脂糖
50 000~1 000
0.7%琼脂糖
20 000~1 000
1.4%琼脂糖
6 000~300
4.0%聚丙烯酰胺
1 000~100
10.0%聚~1
琼脂糖凝胶电泳的原理
rRNA分子具有确定的大小和核苷酸序列， 特别是28S和18S特征性条带是电泳鉴定总 RNA纯度和完整性的重要参数。
3、 琼脂糖凝胶电泳
• 3. 1 原理： • 3. 2 用途：
琼脂糖凝胶电泳的原理
DNA电泳迁移：电荷效应＋分子筛效益
（1）DNA带负电，电场中，向正极移动； （2）决定移动速度三因素：DNA大小，电荷数，构 型（超螺旋 > 线性 > 开环）； （3） 线性DNA分子移动速度与其分子质量的对数成 反比（分子量越大，跑得越慢）；
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二、技术路线的设计
2.核酸的分离与纯化
细胞裂解物 复杂混合物 去除污染 非核酸的大分子污染物 提取核酸
非需要的核酸分子
对后续实验有影响的试剂
二、技术路线的设计
3.核酸的浓缩、沉淀与洗涤
浓缩----沉淀是最常用的方法 沉淀----有机溶剂法
乙醇、异丙醇、聚乙二醇等
洗涤----70%~75%的乙醇（去除盐）
（一）核酸的鉴定
（一）核酸的鉴定
3.完整性鉴定：凝胶电泳法 完整： DNA RNA 分子较RNA大，迁移率低 总RNA有三条特征性区带
28S RNA 荧光强度为18S RNA的2倍
降解： DNA 电泳图呈拖尾状
RNA 总RNA特征性区带荧光强度改变
（一）核酸的鉴定
真核生物RNA电泳的三条特征性区带
提取DNA的原则
纯度 尽量去除生物样本中 除核酸以外的其它分 子物质，保证提取核 酸的纯度。 完整 尽量简化操作步骤， 减少各种破坏核酸的 有害因素，保证提取 核酸的完整性。
提取DNA的原理
溶解细胞膜和核膜，释放核蛋白，并使DNA与 组蛋白分离；
去除生物样本中的蛋白质和RNA，沉淀获得基 因组DNA； 去除残留的试剂，从而获得具有一定纯度的 DNA样品
＊pH ＊温度 ＊酶
控制pH在4.0~10.0
避免高温，核酸提取一般在0℃-4 ℃
避免DNA酶对DNA的降解
避免RNA酶对RNA的降解
核酸分离的技术路线 核酸释放
核酸分 离纯化
浓缩、沉淀 与洗涤
二、技术路线的设计
1.核酸的释放
机械法
液体剪切法
固体剪切法
破碎细胞
干燥法 非机械法
溶胞法 （方法温和）
2）操作者
3）实验器材
手套与口罩
一次性材料，严格消毒
4）器皿与溶液 用DEPC处理
实验一 基因组DNA的提取与纯化
注意事项！！！
• 1. 应尽量使用新鲜的实验材料，以确保提取的 基因组 DNA 不被降解。 • 2. 酚试剂具有腐蚀性及刺激性，操作时请带手 套并注意防护，避免沾染皮肤和眼睛等。 • 3.在两相分离操作中，请务必除尽带色有机相， 否则将影响 DNA的制备。 • 4. RNase A1 需在-20℃ 保存。 • 5. 基因组 DNA 需长期保存时，应在缓冲液中低 温保存。
分子生物学检验技术
核酸的分离与纯化
第一节 核酸分离与纯化的设计原则
DNA 蛋白质
核酸
RNA
核蛋白
一、材料与方法的选择
1.常见的标本：血液、尿液、唾液、组织及培养细胞等
2.选择原则：
＊保证核酸一级结构的完整性。 ＊尽量排除其他分子的污染，保证其纯度。
一、材料与方法的选择 3.如何保持核酸的完整性
三、核酸的鉴定与保存 （一）核酸的鉴定
完整性
凝胶电泳
核酸
浓 度 纯 度
紫外分光光度法
&
荧光光度法
（一）核酸的鉴定
1.浓度鉴定 （1）紫外分光光度法
核酸分子在260nm有最大吸收峰
C双链DNA = 50μg/ml 当A260=1 OD时 C单链DNA = 40μg/ml
C单链RNA = 40μg/ml
试剂及作用
裂解液
Tris-HCL---缓冲液 EDTA----二价金属离子螯合剂，抑制DNA酶活性 SDS-----表面活性剂，使裂解细胞膜核膜 使DNA释放，蛋白质变性
试剂及作用 蛋白酶K----消化蛋白质
RNA酶---使RNA降解 酚试剂-----分相，使蛋白质变性沉淀
试剂及作用
DNA分离提取的流程（Process）
生物体组织细胞 细胞裂解蛋白质变性沉 淀降解DNA释放 前处理
酚抽提法
玻棒缠绕法 基因组 DNA粗品
甲酰胺解聚法 粗分离
AGE分离
PFGE分离 特定的DNA片段
PAGE分离
精分离 离子交换层析纯化
有机溶剂抽提 乙醇沉淀洗涤
基因组DNA纯品
提取DNA的方法(真核细胞)
（一）核酸的鉴定
1.浓度鉴定
（2）荧光光度法
荧光染料溴化乙锭（EB）可使核酸 分子在紫外线照射下激发橙红色荧光
凝胶电泳 & 荧光光度法
（一）核酸的鉴定
2.纯度鉴定
（1）紫外分光光度法---A260/A280比值 通常：纯的DNA A260/A280=1.8 纯的RNA A260/A280=2.0
污染：DNA A260/A280﹥1.8 提示有RNA污染 ﹤ 1.8 提示有蛋白质或酚的污染
（一）核酸的鉴定
2.纯度鉴定
（2）荧光光度法----用EB等荧光染料示踪核酸电泳
通常：纯的DNA 纯的RNA 污染：有杂带
分子较RNA大，迁移率低 总RNA有三条特征性区带
（一）核酸的鉴定
DNA电泳
RNA电泳
（一）核酸的鉴定
完整DNA电泳图
降解DNA电泳图
三、核酸的鉴定与保存
（二）核酸的保存
1.DNA的保存 2.RNA的保存
（二）核酸的保存
低温保存
缓冲液 避免反复冻融 小量分装
第二节 基因组DNA的分离与纯化
DNA的理化质
• • • • • DNA为白色纤维状固体； 很长的线性分子，容易断裂； 在溶液中粘度较大，沉淀后较难溶解； 含有磷酸基团、碱基，可两性解离； 磷酸基团的酸性很强， pI较低。
无水乙醇--- 沉淀DNA
70%乙醇---洗涤残余盐离子
TE缓冲液---溶解DNA
核酸的分离与纯化
质粒DNA的提取与纯化
——碱裂解法、煮沸裂解法、SDS裂解法
总RNA的提取与纯化 ——异硫氰酸胍-酚氯仿 一步法
RNA制备的条件与环境
1、Rase（RNA酶）广泛存在
2、Rase（RNA酶）活性稳定 3、避免Rase 1）空气 实验室环境
• 酚抽提法
• 甲酰胺解聚法
• 玻棒缠绕法 • 其他方法
一、酚抽提法
“酚抽提法”原理
• 溶解细胞膜和核膜，释放核蛋白，使DNA 与组蛋白分离：蛋白酶Ｋ、EDTA、SDS、 RNA酶 • 去除生物样本中的蛋白质和RNA：饱和酚、 氯仿 • 沉淀获得基因组DNA：无水乙醇 • 去除残留的试剂：70%乙醇