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生命科学方法与概念/核酸定量

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核酸定量

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核酸定量通常用于确定混合物中存在的DNA或RNA的平均浓度以及它们的纯度。使用核酸的反应通常需要特定数量和纯度才能获得最佳性能。有几种方法可以确定核酸溶液的浓度,包括分光光度定量和在存在DNA染料的情况下进行紫外荧光测定。定量特定核酸的方法是实时PCR。

分光光度分析

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核酸以特定模式吸收紫外光。在分光光度计中,样品暴露于260 nm的紫外光,光电探测器测量通过样品的光。样品吸收的光越多,样品中的核酸浓度越高。

使用比尔-朗伯定律,可以将吸收光的量与吸收分子的浓度联系起来。在260 nm波长下,双链DNA的平均消光系数为0.020 (μg/ml)-1 cm-1,单链DNA的平均消光系数为0.027 (μg/ml)-1 cm-1,单链RNA的平均消光系数为0.025 (μg/ml)-1 cm-1,短单链寡核苷酸的平均消光系数则取决于长度和碱基组成。因此,对于双链DNA,光密度(OD)为1对应于50 μg/ml的浓度。这种计算方法对于至少达到2的OD值有效。对于寡核苷酸,可能需要更精确的消光系数;可以使用最近邻模型进行预测。

样品纯度

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核酸样品通常会被其他分子(例如蛋白质、有机化合物等)污染。260和280nm的吸光度比值(A260/280)用于评估核酸的纯度。对于纯DNA,A260/280约为1.8,对于纯RNA,A260/280约为2。

蛋白质污染和260:280比率
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260 nm与280 nm的吸光度比值通常用于评估蛋白质溶液的DNA污染,因为蛋白质(特别是芳香族氨基酸)在280 nm处吸收光。然而,反过来则不然——需要相对大量的蛋白质污染才能显着影响核酸溶液中的260:280比率。

260:280比率对蛋白质中的核酸污染具有高灵敏度


蛋白质% 核酸% 260:280比率
100
0
0.57
95
5
1.06
90
10
1.32
70
30
1.73


260:280比率对核酸中的蛋白质污染缺乏灵敏度(表中显示为RNA,100% DNA约为1.8)


核酸% 蛋白质% 260:280比率
100
0
2.00
95
5
1.99
90
10
1.98
70
30
1.94


这种差异是由于与蛋白质相比,核酸在260 nm和280 nm处具有更高的消光系数。因此,即使对于相对高浓度的蛋白质,蛋白质对260和280吸光度的贡献也相对较小。虽然蛋白质污染无法通过260:280比率可靠地评估,但这同时也意味着它对DNA数量估计的误差很小。

其他常见污染物
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  • 苯酚的污染,它通常用于核酸纯化,会严重影响定量估计。苯酚在270 nm处有一个峰值吸收,A260/280为1.2。未被苯酚污染的核酸制剂应具有约2的A260/280。苯酚的污染会严重导致DNA浓度的过高估计。
  • 230 nm处的吸收可能是由酚盐离子、硫氰酸盐和其他有机化合物的污染引起的。对于纯RNA样品,A230:260:280应约为1:2:1,对于纯DNA样品,A230:260:280应约为1:1.8:1。
  • 330 nm及以上处的吸收表明溶液中存在污染的颗粒,导致可见光范围内出现光散射。纯核酸样品的值应为零。
  • 如果使用不正确的溶液作为空白,可能会导致负值。或者,这些值可能是由于溶液中染料的荧光导致的。

使用荧光染料进行定量

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评估DNA浓度的另一种方法是使用测量与核酸结合并选择性地在结合时产生荧光的染料(例如溴化乙锭)的荧光强度。这种方法适用于浓度过低无法通过分光光度法准确评估的情况,以及260nm处有吸收物质的污染物导致该方法无法进行准确定量的情况。

主要有两种方法可以实现这一点。"点样"涉及将样品直接点在琼脂糖凝胶或塑料薄膜上。荧光染料要么存在于琼脂糖凝胶中,要么以适当的浓度添加到塑料薄膜上的样品中。一系列具有已知浓度的样品与待测样品一起点样。然后通过比较这些已知浓度的荧光来估计未知样品的浓度。或者,可以将样品与一些已知浓度的样品一起进行琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶电泳。与点样测试一样,浓度是通过比较荧光强度与已知样品来估计的。

如果样品体积足够大,可以使用微孔板或比色皿,则也可以使用荧光光度计对染料加载的样品进行定量。

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