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PCR反应体系与反应条件

2024/3/3 14:55:05发布22次查看
pcr反应体系与反应条件
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标准的pcr反应体系:
10×扩增缓冲液   10ul
4种dntp混合物   各200umol/l
引物   各10~100pmol 
模板dna    0.1~2ug 
   taq dna聚合酶   2.5u 
mg2+ 1.5mmol/l
加双或三蒸水至  100ul
pcr反应五要素: 参加pcr反应的物质主要有五种即引物、酶、dntp、模板和mg2+
引物: 引物是pcr特异性反应的关键,pcr 产物的特异性取决于引物与模板dna互补的程度。理论上,只要知道任何一段模板dna序列, 就能按其设计互补的寡核苷酸链做引物,利用pcr就可将模板dna在体外大量扩增。
设计引物应遵循以下原则:
①引物长度: 15-30bp,常用为20bp左右。
②引物扩增跨度: 以200-500bp为宜,特定条件下可扩增长至10kb的片段。
③引物碱基:g+c含量以40-60%为宜,g+c太少扩增效果不佳,g+c过多易出现非特异条带。atgc最好随机分布,避免5个以上的嘌呤或嘧啶  核苷酸的成串排列。
④避免引物内部出现二级结构,避免两条引物间互补,特别是3'端的互补,否则会形成引物二聚体,产生非特异的扩增条带。
⑤引物3'端的碱基,特别是最末及倒数第二个碱基,应严格要求配对,以避免因末端碱基不配对而导致pcr失败。
⑥引物中有或能加上合适的酶切位点, 被扩增的靶序列最好有适宜的酶切位点, 这对酶切分析或分子克隆很有好处。
⑦引物的特异性:引物应与核酸序列数据库的其它序列无明显同源性。引物量: 每条引物的浓度0.1~1umol或10~100pmol,以低引物 量产生所需要的结果为好,引物浓度偏高会引起错配和非特异性扩增,且可增加引物之间形成二聚体的机会。
酶及其浓度 目前有两种taq dna聚合酶供应, 一种是从栖热水生杆菌中提纯的天然酶,另一种为大肠菌合成的基因工程酶。催化一典型的pcr反应约需酶量2。5u(指总反应体积为100ul时),浓度过高可引起非特异性扩增,浓度过低则合成产物量减少。
dntp的质量与浓度 dntp的质量与浓度和pcr扩增效率有密切关系,dntp粉呈颗粒状,如保存不当易变性失去生物学活性。dntp溶液呈酸性,使用时应配成高浓度后,以1m naoh或1m tris。hcl的缓冲液将其ph调节到7.0~7.5,小量分装, -20℃冰冻保存。多次冻融会使dntp降解。在pcr反应中,dntp应为50~200umol/l,尤其是注意4种dntp的浓度要相等( 等摩尔配制),如其中任何一种浓度不同于其它几种时(偏高或偏低),就会引起错配。浓度过低又会降低pcr产物的产量。dntp能与mg2+结合,使游离的mg2+浓度降低。
模板(靶基因)核酸 模板核酸的量与纯化程度,是pcr成败与否的关键环节之一,传统的dna纯化方法通常采用sds和蛋白酶k来消化处理标本。sds的主要功能是: 溶解细胞膜上的脂类与蛋白质,因而溶解膜蛋白而破坏细胞膜,并解离细胞中的核蛋白,sds 还能与蛋白质
结合而沉淀; 蛋白酶k能水解消化蛋白质,特别是与dna结合的组蛋白,再用有机溶剂酚与氯仿抽提掉蛋白质和其它细胞组份,用乙醇或异丙醇沉淀核酸。提取的核酸即可作为模板用于pcr反应。一般临床检测标本,可采用快速简便的方法溶解细胞,裂解病原体,消化除去染色体的蛋白质使靶基因游离,直接用于pcr扩增。rna模板提取一般采用异硫氰酸胍或蛋白酶k法,要防止rnase降解rna。
mg2+浓度 mg2+对pcr扩增的特异性和产量有显著的影响,在一般的pcr反应中,各种dntp浓度为200umol/l时,mg2+浓度为1.5~2.0mmol/l为宜。mg2+浓度过高,反应特异性降低,出现非特异扩增,浓度过低会降低taq dna聚合酶的活性,使反应产物减少。
pcr反应条件的选择
pcr反应条件为温度、时间和循环次数。
温度与时间的设置: 基于pcr原理三步骤而设置变性-退火-延伸三个温度点。在标准反应中采用三温度点法,双链dna在90~95℃变性,再迅速冷却至40 ~60℃,引物退火并结合到靶序列上,然后快速升温至70~75℃,在taq dna 聚合酶的作用下,使引物链沿模板延
伸。对于较短靶基因(长度为100~300bp时)可采用二温度点法, 除变性温度外、退火与延伸温度可合二为一,一般采用94℃变性,65℃左右退火与延伸(此温度taq dna酶仍有较高的催化活性)。
①变性温度与时间:变性温度低,解链不是导致pcr失败的最主要原因。一般情况下,93℃~94℃lmin足以使模板dna变性,若低于93℃则需延长时间,但温度不能过高,因为高温环境对酶的活性有影响。此步若不能使靶基因模板或pcr产物变性,就会导致pcr失
败。
②退火(复性)温度与时间:退火温度是影响pcr特异性的较重要因素。变性后温度快速冷却至40℃~60℃,可使引物和模板发生结合。由于模板dna 比引物复杂得多,引物和模板之间的碰撞结合机会远远高于模板互补链之间的碰撞。退火温度与时间,取决于引物的长度
、碱基组成及其浓度,还有靶基序列的长度。对于20个核苷酸,g+c含量约50%的引物,55℃为选择最适退火温度的起点较为理想。引物的复性温度可通过以下公式帮助选择合适的温度:
 tm值(解链温度)=4(g+c)+2(a+t)
 复性温度=tm值-(5~10℃)
在tm值允许范围内, 选择较高的复性温度可大大减少引物和模板间的非特异性结合, 提高pcr反应的特异性。复性时间一般为30~60sec,足以使引物与模板之间结合。
③延伸温度与时间:taq dna聚合酶的生物学活性:
 70~80℃ 150核苷酸/s/酶分子
 70℃ 60核苷酸/s/酶分子
 55℃ 24核苷酸/s/酶分子
 高于90℃时, dna合成几乎不能进行。
pcr反应的延伸温度一般选择在70~75℃之间,常用温度为72℃,过高的延伸温度不利于引物和模板的结合。pcr延伸反应的时间,可根据待扩增片段的长度而定,一般1kb以内的dna片段,延伸时间1min是足够 的。3~4kb的靶序列需3~4min;扩增10kb需延伸至15min。延伸进间过长会导致非特异性扩增带的出现。对低浓度模板的扩增,延伸时间要稍长些。
循环次数循环次数决定pcr扩增程度。pcr循环次数主要取决于模板dna的浓度。一般的循环次数选在30~40次之间,循环次数越多,非特异性产物的量亦随之增多。
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