分子分子生物学技术原理文档格式.docx
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即将混杂的总蛋白经SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分离后,转移至固相膜(如硝酸纤维素膜、尼龙膜和PVDF膜等)上,再用特定蛋白质抗体进行免疫反应,显色后,可显示出该特定蛋白是否存在及其表达量。
修饰酶:
能催化稀有碱基参入RNA或DNA,或对原有碱基进行修饰的酶。
以防止限制性内切酶的破坏。
体内有些酶可在其他酶的作用下,将酶的结构进行共价修饰,而使其在高活性形式和相对较低的活性形式之间互相转变,这种调节称为共价修饰调节,这类酶称为修饰酶。
例如某些酶的巯基发生可逆的氧化还原,一些酶以共价键与磷酸、腺苷等基团的可逆结合,都会引起酶结构的变化而呈现不同的活性。
酶的共价修饰是体内代谢调节的另一重要的方式。
荧光定量PCR技术(Real-TimePCR):
在PCR反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程,对未知模板进行定量分析的方法。
其对PCR扩增反应中每一个循环的产物进行定量分析;
特异性强;
灵敏度高;
可直接对产物进行定量;
可解决PCR污染问题;
自动化程度高、操作简单。
cDNA文库:
以mRNA为模板,经反转录酶催化,在体外反转录成cDNA,与适当的载体(常用噬菌体或质粒载体)连接后转化受体菌,则每个细菌含有一段cDNA,并能繁殖扩增,这样包含着细胞全部mRNA信息的cDNA克隆集合称为该组织或细胞的cDNA文库。
DNA文库:
DNA或DNA的所有片断随机地连接到基因载体上,然后转移到适当的宿主细胞中,通过细胞增殖而构成各个片段的无性繁殖系(克隆),在制备的克隆数目多到可以把某种生物的全部DNA都包含在内的情况下,这一组克隆的总体就被称为某种生物的基因文库。
Taq酶:
是一种耐热的DNA聚合酶,已发现于水生嗜热菌内故而得名,可以耐受90C以上的高温而不失活,常见于PCR技术,用于大量扩增DNA片段。
流动相:
色谱过程中携带待测组分向前移动的物质称为流动相,是与固定相处于平衡状态、带动样品向前移动的另一相,用作流动相的物质有气体、液体、超临界流体。
固定相:
是色谱柱内不移动的活性物质称为固定相,是色谱分析中的关键,混合组分的分离,主要取决于固定相的选择。
限制性内切酶:
限制性内切酶(restrictionendonuclease,RE)是一类能识别双链DNA分子中特定核苷酸顺序(一般具有双重对称的回文结构),并以内切方式水解双链DNA的核酸水解酶。
示踪分子:
用于标记DNA序列或蛋白质,使之可遗传并被检出的物质,有放射性和非放射线两种。
绿色荧光蛋白由水母Aequoreavictoria中发现的野生型绿色荧光蛋白,395nm和475nm分别是最大和次大的激发波长,它的发射波长的峰点是在509nm,在可见光绿光的范围下是较弱的位置。
由海肾(seapansy)所得的绿色荧光蛋白,仅有在498nm有一个较高的激发峰点。
在细胞生物学与分子生物学领域中,绿色荧光蛋白基因常被用作为一个报导基因(reportergene)。
一些经修饰过的型式可作为生物探针,绿色荧光蛋白基因也可以克隆到脊椎动物(例如:
兔子上进行表现,并拿来映证某种假设的实验方法。
基线:
在正常操作条件下仅有载气通过检测器时所产生的响应信号曲线
漂移:
基线向某个方向稳定移动。
噪音:
仪器本身所固有的,以噪音带表示。
保留时间:
组分从进样到出现峰最大值时所需的时间,即各组分通过色谱柱所需要的时间。
气相色谱(GC):
主要是利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离。
用于可挥发、热稳定、沸点不超过500℃的化合物(20%-25%)待分析样品在汽化室汽化后被惰性气体(即载气,也叫流动相)带入色谱柱,柱内含有液体或固体固定相,由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同,造成每种组分在流动相和固定相之间形成分配或吸附不同而分离的的一种技术。
液相色谱:
不受样品挥发度和热稳定性的限制,它非常适合分子量较大、难气化、不易挥发或对热敏感的物质、离子型化合物及高聚物的分离分析,分析对象为可以溶于水或有机溶剂的各种物质,大约占各种有机物的70%-80%
*高效液相色谱(HPLC):
高效液相色谱是以液体为流动相,采用高压输液系统,将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱,在柱内各成分被分离后,进入检测器进行检测,从而实现对试样的分析。
*超高效液相色谱(UPLC):
在传统的HPLC的基础上通过运用粒径低于2μm的小颗粒来提高色谱柱的柱效,从而相对于传统的液相色谱具有更高的分离度、速度和灵敏度。
*激光扫描共聚焦显微镜:
利用激光点作为荧光的激发光并通过扫描装置对标本进行连续扫描,并通过空间共轭光阑(针孔)阻挡离焦平面光线而成像的一种显微镜。
是当今世界最先进的细胞生物学分析仪器。
*二维电泳(2-DE):
是等电聚焦电泳和SDS-PAGE的组合,即先进行等电聚焦电泳(按照pI分离),然后再进行SDS-PAGE(按照分子大小),经染色得到的电泳图是个二维分布的蛋白质图。
二维电泳是分离分析蛋白质最有效的一种电泳手段
流动相:
色谱过程中携带待测组分的向前移动的物质成为流动相,是与固定相处于平衡状态、带动样品向前移动的另一相用作流动相的油气体、液体、超临界流体
蛋白质组学(proteomics)指应用各种技术手段来研究蛋白质组的一门新兴科学,其目的是从整体的角度分析细胞内动态变化的蛋白质组成成份、表达水平与修饰状态,了解蛋白质之间的相互作用与联系,揭示蛋白质功能与细胞生命活动规律。
基因组学(英文genomics),研究生物基因组和如何利用基因的一门学问。
用于概括涉及基因作图、测序和整个基因组功能分析的遗传学分支。
该学科提供基因组信息以及相关数据系统利用,试图解决生物,医学,和工业领域的重大问题。
基因组研究应该包括两方面的内容:
以全基因组测序为目标的结构基因组学(structuralgenomics)和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学(functionalgenomics),又被称为后基因组(postgenome)研究,成为系统生物学的重要方法。
基因芯片:
该技术系指将大量(通常每平方厘米点阵密度高于400)探针分子固定于支持物上后与标记的样品分子进行杂交,通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。
用来大规模检测基因转录。
探针:
在分子杂交中用来检测互补序列的带有标记的单链DNA或RNA片段。
EMBL:
(欧洲分子生物学实验室)由欧洲30个成员国政府支持组成,目的在于促进欧洲国家之间的合作来发展分子生物学的基础研究和改进仪器设备、教育工作等。
分7个部分:
结构、分化、物理仪器、生化仪器、生物仪器、计算机和应用数学。
目前,在研究中已经建立了先进的核苷酸序列数据库。
5、NCBI:
(美国国立生物技术信息中心)它的目的是建立关于分子生物学,生物化学,和遗传学知识的存储和分析的自动系统。
实行关于用于分析生物学重要分子和复合物的结构和功能的基于计算机的信息处理的,先进方法的研究。
加速生物技术研究者和医药治疗人员对数据库和软件的使用。
全世界范围内的生物技术信息收集的合作努力。
挑战在于发现新的手段去处理这些数据的容量和复杂性,并且为研究人员提供更好的便利来获得分析和计算的工具,以便推动对我们遗传之物和其在健康和疾病中角色的理解。
NCBI的任务是发展新的信息学技术来帮助对那些控制健康和疾病的基本分子和遗传过程的理解。
细菌人工染色体(Bacterialartificialchromosome,BAC)是指一种以F质粒(F-plasmid)为基础建构而成的细菌染色体克隆载体,常用来克隆150kb左右大小的DNA片段,最多可保存300kb个碱基对。
2、内切酶:
内切酶,即限制性核酸内切酶。
亦称限制性核酸酶。
是一类能识别双链DNA分子中特定核苷酸顺序,并以内切方式水解双链DNA的核酸水解酶。
它们不同于一般的脱氧核糖核酸酶(DNase),它们的切点大多很严格,要求专一的核苷酸顺序——识别顺序。
4、绿色荧光蛋白(GFP):
这种蛋白质最早是由下村修等人在1962年在一种学名Aequoreavictoria的水母中发现。
其基因所产生的蛋白质,在蓝色波长范围的光线激发下,会发出绿色荧光。
这个发光的过程中还需要冷光蛋白质Aequorin的帮助,且这个冷光蛋白质与钙离子(Ca2+)可产生交互作用。
6、核酸杂交:
两条核酸单链可以通过序列互补形成双链化合物的过程。
有DNA-DNA、DNA-RNA、RNA-RNA等杂交类型。
核酸杂交是一种很重要的、被广泛应用的技术,如设计反义核酸、合成探针等。
其原理是核酸变性和复性理论。
即双链的核酸分子在某些理化因素作用下双链解开,而在条件恢复后又可依碱基配对规律形成双边结构。
杂交通常在一支持膜上进行,因此又称为核酸印迹杂交。
根据检测样品的不同又被分为DNA印迹杂交和RNA印迹杂交。
利用核酸的分子杂交,可以确定或寻找不同物种中具有同源顺序的DNA或RNA片段。
常用的核酸分子杂交技术有:
原位杂交、斑点杂交、Southern杂交及Northern杂交等。
在核酸杂交分析过程中,常将已知顺序的核酸片段用放射性同位素或生物素进行标记。
这种带有一定标记的已知顺序的核酸片段称为探针。
7、Westernblotting:
又称蛋白质印迹术或免疫印迹技术,指蛋白质在经聚丙烯酰胺电泳分离之后转移到膜上,再与溶液中的其它抗体探针相互结合的技术。
用于检测样品中特异性蛋白质的存在、细胞中特异蛋白质的半定量分析以及蛋白分子间的相互作用研究等。
8、Southern-blot:
是一种常用的DNA定量的分子生物学方法。
其原理是将待测的DNA样品固定在固定载体(硝酸纤维或尼龙膜)上,与标记的核酸探针进行杂交,在与探针有同源序列的固相DNA的位置上显示出杂交信号,通过检测信号的有无、强弱可以对样品定性、定量,从而计算出转入的拷贝数。
9、Nouthern-blot:
是一种通过检测RNA的表达水平来检测基因表达的方法,通过Nouthern-blot的方法可以检测细胞在生长发育特定阶段或者胁迫或病理环境下特定基因表达情况。
原理类似Southern-blot
12、基因组学:
是研究生物基因组的组成,组内各基因的精确结构、相互关系及表达调控的科学。
15、色谱峰:
流出曲线上突起部分(对称峰、前沿峰、拖尾峰)
16、原位杂交:
将标记的核酸探针与细胞或组织中的核酸进行杂交,检测与其互补的另一条链在真核细胞中的位置。
19、免疫荧光技术(immunofluorescence):
将免疫学方法(抗原抗体特异结合)与荧光标记技术结合起来研究特异蛋白抗原在细胞内分布的方法。
由于荧光素所发的荧光可在荧光显微镜下检出,从而可对抗原进行细胞定位。
1、蛋白质组学:
指应用各种技术手段来研究蛋白质组的一门新兴科学,其目的是从整体的角度分析细胞内动态变化的蛋白质组成成份、表达水平与修饰状态,了解蛋白质之间的相互作用与联系,揭示蛋白质功能与细胞生命活动规律。
2、色谱术语:
色谱峰:
流出曲线上突起部分。
基线:
在正常操作条件下仅有流动相通过检测器时所产生的响应信号曲线。
峰高:
从峰最大值到峰底的距离。
保留时间tr:
试样从进样到柱后出现峰极大点时所经历的时间。
保留体积VR:
指从进样开始到被测组份在柱后出现浓度极大点时所通过的流动相体积。
色谱峰顶与基线间的垂直距离。
分离度R:
R太小,两个峰无法彻底分离。
R太大,分离时间过长,工作效率低下。
一般要求R>
1.5。
双向凝胶电泳:
第一向为等电聚焦,根据蛋白质的等电点不同而将其分离,第二向SDS-PAGE,根据其分子量的大小而将其分离。
由于其具有大规模快速分析和鉴定蛋白质的能力以及有较好的可重复性和可比性,相对于蛋白质微列矩阵把其称为蛋白质宏观矩阵。
基因组学(Genomics):
简答
基因克隆包括哪几个步骤
原理:
把来自不同生物的基因同有自主复制能力的载体DNA在体外人工连接,构建成新的重组DNA,然后送入受体生物中表达,从而长生遗传物质和状态的转移和重新组合。
步骤:
(1)外源基因的获得,如酶切法、反转录法、人工合成法。
(2)载体的获得,质粒、噬菌体。
(3)目的基因和克隆载体通过连接酶连接起来,形成重组载体。
(4)将重组载体导入合适的宿主细胞内,进行扩增。
(5)获得了重组体分子的转化子克隆的选择和筛选。
(6)对还有重组DNA细胞进行大量培养,检测外源基因是否表达。
激光共聚焦扫描显微镜与普通显微镜的区别
1).普通荧光显微镜的不足
荧光标本稍厚时,普通荧光显微镜不仅接收焦平面上的光量,而且来自焦平面上方或下方的散射荧光也被物镜接收,这些来自焦平面以外的荧光使观察到的图像反差和分辨率大大降低(即焦平面以外的荧光结构模糊、发虚,原因是大多数生物学标本是层次区别的重叠结构)。
2).共聚焦扫描显微镜的成像原理
采用点光源照射标本,在焦平面上形成一个轮廓分明的小的光点;
该点被照射后发出的荧光被物镜收集,并沿原照射光路回送到由双向色镜构成的分光器;
分光器将荧光直接送到探测器。
光源和探测器前方都各有一个针孔,分别称为照明针孔和探测针孔。
两者的几何尺寸一致,约100-200nm;
相对于焦平面上的光点,两者是共轭的,即光点通过一系列的透镜,最终可同时聚焦于照明针孔和探测针孔。
这样,来自焦平面的光,可以会聚在探测孔范围之内,而来自焦平面上方或下方的散射光都被挡在探测孔之外而不能成像。
以激光逐点扫描样品,探测针孔后的光电倍增管也逐点获得对应光点的共聚焦图像,转为数字信号传输至计算机,最终在屏幕上聚合成清晰的整个焦平面的共聚焦图像。
激光扫描共聚焦显微镜(laserscanningconfocalmicroscope,LSCM,简称共焦显微镜)是建立在光学显微镜及各种扫描显微镜基础上的一种新型的扫描成象系统。
利用聚焦的激光束在样品表面扫描,同时利用光电检测器件接收样品反射光(或透射光),样品结构的变化使反射光(或透射光)强度改变,因而使光电检测器的输出电流改变,经信号处理,同步显示在计算机屏幕上。
聚合酶链反应(PCR)
PCR技术的基本原理是特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。
PCR由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成:
①模板DNA的变性:
模板DNA经加热至93℃左右一定时间后,使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离,使之成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应作准备;
②模板DNA与引物的退火(复性):
模板DNA经加热变性成单链后,温度降至55℃左右,引物与模板DNA单链的互补序列配对结合;
③引物的延伸:
DNA模板--引物结合物在TaqDNA聚合酶的作用下,以dNTP为反应原料,靶序列为模板,按碱基互补配对与半保留复制原理,合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链,重复循环变性--退火--延伸三过程就可获得更多的“半保留复制链”,而且这种新链又可成为下次循环的模板。
每完成一个循环需2~4分钟,2~3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。
实时荧光定量PCR原理
所谓实时荧光定量PCR技术,是指在PCR反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。
1.Ct值的定义
在荧光定量PCR技术中,有一个很重要的概念--Ct值。
C代表Cycle,t代表threshold,Ct值的含义是:
每个反应管内的荧光信号到达设定的域值时所经历的循环数(如图1所示)。
2.荧光阈值(threshold)的设定
PCR反应的前15个循环的荧光信号作为荧光本底信号,荧光阈值的缺省设置是3-15个循环的荧光信号的标准偏差的10倍,即:
threshold=10′SDcycle6-15
3.Ct值与起始模板的关系
研究表明,每个模板的Ct值与该模板的起始拷贝数的对数存在线性关系〔1〕,起始拷贝数越多,Ct值越小。
利用已知起始拷贝数的标准品可作出标准曲线,其中横坐标代表起始拷贝数的对数,纵坐标代Ct值(如图2所示)。
因此,只要获得未知样品的Ct值,即可从标准曲线上计算出该样品的起始拷贝数。
4.荧光化学
荧光定量PCR所使用的荧光化学可分为两种:
荧光探针和荧光染料。
现将其原理简述如下:
1)TaqMan荧光探针:
PCR扩增时在加入一对引物的同时加入一个特异性的荧光探针,该探针为一寡核苷酸,两端分别标记一个报告荧光基团和一个淬灭荧光基团。
探针完整时,报告基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收;
PCR扩增时,Taq酶的5'
-3'
外切酶活性将探针酶切降解,使报告荧光基团和淬灭荧光基团分离,从而荧光监测系统可接收到荧光信号,即每扩增一条DNA链,就有一个荧光分子形成,实现了荧光信号的累积与PCR产物形成完全同步。
而新型TaqMan-MGB探针使该技术既可进行基因定量分析,又可分析基因突变(SNP),有望成为基因诊断和个体化用药分析的首选技术平台。
3、2)SYBR荧光染料:
在PCR反应体系中,加入过量SYBR荧光染料,SYBR荧光染料特异性地掺入DNA双链后,发射荧光信号,而不掺入链中的SYBR染料分子不会发射任何荧光信号,从而保证荧光信号的增加与PCR产物的增加完全同步。
4、RT-PCR是什么,染料法和探针法的区别?
荧光定量PCR/实时定量PCR(Real-TimePCR,Q-PCR):
荧光定量PCR的特点:
特异性强、灵敏度高、可直接对产物进行定量、可解决PCR污染问题、自动化程度高、操作简单(基线就是扩增曲线中的水平部分。
)
SYBRGreenI染料法:
是一种结合于所有dsDNA双螺旋小沟区域的具有绿色激发波长的染料,在游离状态下,SYBRGreenI发出微弱的荧光(不发光),但一旦与双链DNA结合后,荧光大大增强。
因此,SYBRGreenI的荧光信号强度与双链DNA的数量相关,可以根据荧光信号检测出PCR体系存在的双链DNA数量。
(优点:
成本低、适合初步筛查、兼容熔解曲线,缺点:
不能做多重检测、无模板特异性、灵敏度低。
Taqman水解探针法:
是以Taqman荧光探针为基础,Taqman荧光探针为一寡核苷酸,两端分别标记一个荧光发射基团和一个荧光淬灭基团。
探针完整时,发射基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收;
PCR扩增时,Taq酶的5’-3’外切酶活性将探针酶切降解,使荧光发射基团和荧光淬灭基团分离,从而荧光监测系统可接收到荧光信号,即每扩增一条DNA链,就有一个荧光分子形成,实现了荧光信号的累积与PCR产物形成完全同步。
从而实现定量。
常用的荧光基团是FAM,TET,VIC,HEX。
具有高特异性与高敏感性,但只适合于一个特定的目标。
TaqManMGB探针:
MGB探针可以比普通TaqMan探针设计得更短,既降低了合成成本,也使得探针设计的成功率大为提高,TaqManMGB探针对于富含A/T的模板可以区分得更为理想。
Taqman探针的优缺点
优点特异性强,能进行多重PCR
缺点1、需要设计特异性探针,成本高,有时设计困难。
2、不能做熔解曲线分析。
14、Southern-blot:
(DNA的杂交:
DNA降解成片段→凝胶电泳分离→碱液中变性→转印至硝酸纤维薄膜→加入放射性探针并杂交→洗脱未杂交探针→放射显影,研究结果)是一种常用的DNA定量的分子生物学方法。
其原理是将待测的DNA样品固定在固相载体(硝酸纤维膜或尼龙膜)上,与标记的核酸探针进行杂交,在与探针有同源序列的固相DNA的位置上显示出杂交信号,通过检测信号的有无、强弱可以对样品定性、定量,从而计算出转入的拷贝数
15、Northern-blot:
(RNA的杂交:
凝胶电泳分离RNA→转印至硝酸纤维薄膜→加入RNA探针并杂交→洗脱未杂交探针→放射显影,研究结果)是一种通过检测RNA的表达水平来检测基因表达的方法,通过northernblot的方法可以检测到细胞在生长发育特定阶段或者胁迫或病理环境下特定基因表达情况。
原理类似southern-blot
16、Western-blot:
也称为免疫印迹,是一种分析和鉴定特定蛋白质的技术,用来检测在不均一的蛋白质样品中是否存在目标蛋白的一种方法。
蛋白印迹方法的实验原理及其操作步骤
答:
蛋白印迹,也称为免疫印迹,是一种分析和鉴定特定蛋白质的技术,用来检测
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