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核酸的提纯与限制性内切酶

 lcy1971 2019-10-24

核酸的结构较为均一,所以各种核酸性质接近。比如在中性pH都带负电,双链核酸都是双螺旋结构,单链都是线团状结构。所以核酸的各种实验技术都有较强的通用性,这一点比蛋白质强得多。

核酸的提取比蛋白质容易。核酸在体内一般是与蛋白质结合存在的,称为核糖核蛋白(RNP)或脱氧核糖核蛋白(DNP)。一般先破碎细胞,得到DNP或RNP。然后用酚-氯仿将蛋白质变性除去,再用乙醇或异丙醇将核酸沉淀出来,干燥后再溶解即可。

核酸的纯化一般常用电泳或层析。PAGE一般用于分离1K以下的核酸,如测序。较大的要用琼脂糖电泳。纯化mRNA常用oligo-dT的层析柱或磁珠。如果只是除盐或浓缩,乙醇沉淀再溶解即可。样品浓度较低时为了提高收率,可以加入糖原助沉。

磁珠纯化mRNA,引自百度图片

核酸的一级结构对其构象影响较小,但也可以通过适当的方法辨别。比如单链构象多态性(single strand conformation polymorphism, SSCP)分析,就可以区分仅有一个碱基差异的两条DNA。

PCR-SSCP分析,引自百度图片

核酸研究中还有一个常用的工具,叫做限制性核酸内切酶(restriction endonucleases,REases)。它是内切酶的一种,能识别DNA分子中的特定序列,并在确定位置切断双链DNA,简称限制酶。它是细菌的限制-修饰系统的组成部分,用于识别并降解外源DNA,防止病毒侵染。现在广泛应用于核酸研究和基因工程领域,被称为分子手术刀。

限制酶有四种类型,最常用的是能够精确定位切割的第二类(type II)。第一类限制酶的酶切位点在识别序列以外,至少相隔1 KB以上。第三类则相隔24-26个碱基,但也不能精确定位。第四类是后来增加的,只能切割修饰的DNA(甲基化、羟甲基化等)。所以这三种应用不多。

四类限制酶的功能 Nucleic Acids Res. 2014 Jan 1; 42(1): 3–19.

第二类限制性核酸内切酶(II型限制酶)一般识别并切割特定的回文序列。回文序列(palindrome)即反向重复序列,两条链按5'到3'读取的序列相同。例如EcoRⅠ识别并切割GAATTC序列,如图。

EcoRⅠ识别的回文序列,引自百度百科

也有少数II型限制酶识别的序列并非回文序列,如下图。

少数II型限制酶识别非对称序列,引自REBASE

限制性内切酶的命名最初是以微生物属名的第一个字母(大写)加种名的前两个字母(小写),再加菌株名和序号(罗马数字)。严格来说,前三个字母表示拉丁学名,应用斜体,其它用正体。如Eco RⅠ,E是属名(Escherichia),co是种名(coli),R是菌株名(Ry13),Ⅰ是发现次序。从Bacillus amylolique(解淀粉芽孢杆菌)的 faciens H菌株中提取的第一种限制性内切酶称为Bam HⅠ。

随着限制酶数量的不断增长,原有规则显示出一些不足之处,2003年提出了一些修订。主要是在不同来源的酶出现同名时,可以加一些区分来源或功能的前后缀,以及书写时将斜体改为正体,在罗马数字前不留空格。这样书写更加便捷、美观,其实有些期刊早已采用。此外,还提出了第四类限制性内切酶,以及II型限制酶的亚型划分标准等(Nucleic Acids Res. 2003 Apr 1;31(7):1805-12.)。

限制酶名称不需斜体,Science, 1995

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