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生命科學方法與概念/核酸定量

來自華夏公益教科書

核酸定量

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核酸定量通常用於確定混合物中存在的DNA或RNA的平均濃度以及它們的純度。使用核酸的反應通常需要特定數量和純度才能獲得最佳效能。有幾種方法可以確定核酸溶液的濃度,包括分光光度定量和在存在DNA染料的情況下進行紫外熒光測定。定量特定核酸的方法是即時PCR。

分光光度分析

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核酸以特定模式吸收紫外光。在分光光度計中,樣品暴露於260 nm的紫外光,光電探測器測量透過樣品的光。樣品吸收的光越多,樣品中的核酸濃度越高。

使用比爾-朗伯定律,可以將吸收光的量與吸收分子的濃度聯絡起來。在260 nm波長下,雙鏈DNA的平均消光係數為0.020 (μg/ml)-1 cm-1,單鏈DNA的平均消光係數為0.027 (μg/ml)-1 cm-1,單鏈RNA的平均消光係數為0.025 (μg/ml)-1 cm-1,短單鏈寡核苷酸的平均消光係數則取決於長度和鹼基組成。因此,對於雙鏈DNA,光密度(OD)為1對應於50 μg/ml的濃度。這種計算方法對於至少達到2的OD值有效。對於寡核苷酸,可能需要更精確的消光係數;可以使用最近鄰模型進行預測。

樣品純度

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核酸樣品通常會被其他分子(例如蛋白質、有機化合物等)汙染。260和280nm的吸光度比值(A260/280)用於評估核酸的純度。對於純DNA,A260/280約為1.8,對於純RNA,A260/280約為2。

蛋白質汙染和260:280比率
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260 nm與280 nm的吸光度比值通常用於評估蛋白質溶液的DNA汙染,因為蛋白質(特別是芳香族氨基酸)在280 nm處吸收光。然而,反過來則不然——需要相對大量的蛋白質汙染才能顯著影響核酸溶液中的260:280比率。

260:280比率對蛋白質中的核酸汙染具有高靈敏度


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


260:280比率對核酸中的蛋白質汙染缺乏靈敏度(表中顯示為RNA,100% DNA約為1.8)


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


這種差異是由於與蛋白質相比,核酸在260 nm和280 nm處具有更高的消光係數。因此,即使對於相對高濃度的蛋白質,蛋白質對260和280吸光度的貢獻也相對較小。雖然蛋白質汙染無法透過260:280比率可靠地評估,但這同時也意味著它對DNA數量估計的誤差很小。

其他常見汙染物
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  • 苯酚的汙染,它通常用於核酸純化,會嚴重影響定量估計。苯酚在270 nm處有一個峰值吸收,A260/280為1.2。未被苯酚汙染的核酸製劑應具有約2的A260/280。苯酚的汙染會嚴重導致DNA濃度的過高估計。
  • 230 nm處的吸收可能是由酚鹽離子、硫氰酸鹽和其他有機化合物的汙染引起的。對於純RNA樣品,A230:260:280應約為1:2:1,對於純DNA樣品,A230:260:280應約為1:1.8:1。
  • 330 nm及以上處的吸收表明溶液中存在汙染的顆粒,導致可見光範圍內出現光散射。純核酸樣品的值應為零。
  • 如果使用不正確的溶液作為空白,可能會導致負值。或者,這些值可能是由於溶液中染料的熒光導致的。

使用熒光染料進行定量

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評估DNA濃度的另一種方法是使用測量與核酸結合並選擇性地在結合時產生熒光的染料(例如溴化乙錠)的熒光強度。這種方法適用於濃度過低無法透過分光光度法準確評估的情況,以及260nm處有吸收物質的汙染物導致該方法無法進行準確定量的情況。

主要有兩種方法可以實現這一點。"點樣"涉及將樣品直接點在瓊脂糖凝膠或塑膠薄膜上。熒光染料要麼存在於瓊脂糖凝膠中,要麼以適當的濃度新增到塑膠薄膜上的樣品中。一系列具有已知濃度的樣品與待測樣品一起點樣。然後透過比較這些已知濃度的熒光來估計未知樣品的濃度。或者,可以將樣品與一些已知濃度的樣品一起進行瓊脂糖或聚丙烯醯胺凝膠電泳。與點樣測試一樣,濃度是透過比較熒光強度與已知樣品來估計的。

如果樣品體積足夠大,可以使用微孔板或比色皿,則也可以使用熒光光度計對染料載入的樣品進行定量。

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