DNA合成原理及操作
3. 氨解脱保护 合成完毕后取出载体进行切割并且脱保护。
一般40bp以内至少需要2小时,链越长需要 时间越长。
4. 纯化: 目前惯用的纯化方式主要有4种: OPC纯
化、 PAGE 纯化、脱盐纯化、 HPLC纯化
4.1 OPC纯化
利用OPC柱芯对DMT寡核苷酸特殊的亲和 力,将不带DMT的短片段用低浓度的有机溶剂洗 脱,吸附在柱芯里的DNA用酸除去DMT后用1ml 的20%乙腈洗脱。
缺点:不能批次生产,比较费时,有时样品接 收不好也不能有效分离。
5. 样品定量分装 样品纯化后洗脱在1ml的20%乙腈溶液
里,260紫外波长下测值,根据客户要求分 装,一般所有合成公司基本都会按1.2-1.5 倍放大给量。分装的样品干燥,经PAGE抽 样检测合格后交给市场。
合成时效:批次引物(按24条计算)在24小时之内可 以出货
DNA合成作业流程
1. 接收订单安排合成
合成部根据合成实际情况合理安排订单, 依次安排加急-测序-内部-外部,同一客户尽 量同批次安排合成,部分长链、G含量高、 合成量大的引物比较难合成,时间上可能会 有所延缓
2. 上机合成
不同型号的合成仪合成通量和合成时间均 不同,公司预定的仪器批次合成96条引物, 20bp长度合成需要2-3小时。
④氧自由基伤害 细胞代谢副产物O2-、H2O2等会造成碱基损伤,产生胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿 嘧啶等碱基修饰物,引起碱基配对错误。
三、 碱基插入或缺失 吖啶类分子带正电呈扁平状,易于嵌入DNA碱 基平面间,导致在复制或重组过程中缺失或插 入一个碱基。 DNA聚合酶在复个碱基的缺 失或插入。聚合酶在模板链上滑动易于造成缺 失,在生长链上滑动易于造成插入。 插入或缺失会导致读码框改变。
DNA合成原理 及操作规范
合成原理
DNA通过固相亚磷酰胺三酯法合成:溶 液中的亚磷酰胺单体通过缩合反应形成 3′--5′磷酸二酯键,连接到固相载体 (CPG或树脂)上。并依次延伸,直到 序列的最后一个5′碱基连接上后合成结 束。整个合成过程仪器自动完成,每个 循环分为脱保护、活化、偶合、盖帽 (封闭)、氧化五个步骤。
通常合成一批20bp左右的引物:
OPC纯化:12小时之内
合成2-3小时→ 氨解2小时→ OPC纯化(一批24条) 1小时→定量分装1小时→ 抽干1-2小时→ 抽检2小时
PAGE纯化:16-19小时
合成2-3小时→ 氨解2小时→ 抽干2-3小时→ 电泳切 胶2-3小时→ 泡胶2小时→ 脱盐0.5小时→ 定量分装1 小时→ 抽干2-3小时→ 抽检2小时
1、Taq酶的原因。因为在PCR扩增时引物也被扩增,就可能出现错误 , 2、化学原因 。在合成过程中,如果本公司提供的DNA合成报告单是正确
的,表示合成是成功的 。化学合成的DNA片段要比天然的DNA片段有 更多的碱基突变概率。但其真正的化学机理还不太清楚,但可以肯定的 是要保证100%不发生错误是不可能的。 解决的办法: 1、采用高保真的 Taq酶 2、重新挑克隆 3、重合引物
脱盐纯化:12-15小时
合成2-3小时→ 氨解2小时→ 抽干2-3小时→ 脱盐0.5 小时→ 定量分装1小时→ 抽干2-3小时→ 抽检2小时
DNA合成中碱基缺失或错误原因分析
一般客户提出异议时,我们首先给客户重新合成,然后再分析原因。 从合成机理上分析就可以很清楚的表明:人为的因素不可能造成碱基缺 失或个别的碱基错误。如果说某一个碱基由于种种原因(如瓶中溶液没有 了,或管道堵塞),未加入到正在延伸的Oligo上,那么下一个反应 Capping将会把Oligo封死,使整个oligo合成立即中止 。造成的原因可能 是:
优点:方便,快捷,纯化后纯度可达90%, 能满足普通PCR反应。
缺点:纯化成功与否取决于粗品DNA的纯度, 合成不好的样品可能OPC纯化后也不纯,并且随 着碱基数增多,纯化效果降低;由于在纯化过程 中接触到酸,引物容易降解。
4.2 PAGE 纯化
利用DNA不同片段在胶中迁移率不同而 分离,大片段电荷多,分子大,迁移的速度 慢。等目的片段与N-片段分开后切下目的片 段,80℃孵育2小时后脱盐。
c. 黄曲霉素 黄曲霉素B、1,2-乙酰-氨基芴、苯并芘、吖啶等可插入碱基序列,引起移码。 d. 硝酸盐 亚硝酸盐能使C脱氨变成U,经过复制就可使DNA上的G-C变成A-T对。
③碱基的自发改变和损伤 a. 碱基的异构互变 4种碱基各自的异构体间都可自发地互变(烯醇式与酮式间的互变),这会使碱基 间发生错配,使A-C、T-G等。 b. 碱基的脱氨基作用 碱基的环外NH2有时会自发脱落,使C→U、A→次黄嘌呤(I)、G→黄嘌呤(X) 等,DNA复制时,U-A、I-X、I-C配对,导致子代DNA序列错误。 5-甲基胞嘧啶脱氨基产生T(引起C-G→T-A的变化),而C脱氨基产生U(它通常 被移出或被C代替)。
DNA损伤
一、碱基脱落形成AP位点 热和酸等都可使嘌呤和嘧啶从DNA链的核糖磷酸骨架上脱落,形成AP位点 (Apurinic orApyrimidinic site )。 烷化鸟嘌呤的糖苷键不稳定,容易脱落形成DNA上无碱基的位点。
二、碱基的改变
①物理因素:电离辐射可引起其它物质产生自由基,从而引起碱基氧化修饰、过氧 化物的形成、碱基环的破坏和脱落等。一般嘧啶比嘌呤更敏感。 ②化学因素 a. 烷化剂 硫酸二甲酯、甲烷磺酸甲酯(MMS)等烷化剂可将烷基加到嘌呤或嘧啶的N或O上 使碱基烷基化。鸟嘌呤的N7和腺嘌呤的N3最容易受攻击,形成m7G和m3A烷基化 的嘌呤碱基,导致复制时碱基错配。例如鸟嘌呤N7被烷化后会与T配对,结果会使 G-C转变成A-T。 b. 碱基类似物 5-溴尿嘧啶(5-BU)、5-氟尿嘧啶(5-FU)、2-氨基腺嘌呤(2-AP)等。它们的结 构与碱基相似,进入细胞能替代正常的碱基参入到DNA链中而干扰DNA复制合成。 如5-BU与T结构相似,在酮式结构时与A配对;它更易成为烯醇式结构与G配对,在 DNA复制时导致A-T转换为G-C。
四、 嘧啶二聚体 DNA受到紫外线照射时,使DNA链上相邻的嘧啶以 共价键连成二聚体。 相邻2个T;或2个C;或C与T间都可形成环丁基二聚 体;相邻2个T间最易形成TT二聚体。
五、DNA链断裂 电离辐射可使DNA链断裂;射线的直接和间接作用 都可能使脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开而致DNA 链断裂。 烷化剂也可使DNA链断裂;DNA链的磷酸二酯键上 的氧易被烷化,结果形成不稳定的磷酸三酯键,在 糖与磷酸间发生水解,使DNA链断裂。
第三步:偶合(Coupling):亚磷酰胺四唑中间体与CPG所连接的核苷酸的5′ 羟基发生缩合反应,缩合脱掉四唑,形 成延长一个碱基的核苷酸链。
第四步:盖帽(Capping):少量未反应 (2%)的载体上的核苷酸链的5′羟基会 在后续的循环中参加反应,生成少一个 碱基的核苷酸链,因此需要在反应后进 行封闭。常用乙酰化反应与5′羟基缩合 成酯键,一般用混合乙酸酐和N-甲基咪 唑等做乙酰化试剂。
第五步:氧化(Oxidation):偶合反应形 成的三价亚磷酸酯键很不稳定,因此要 用氧化剂——碘的四氢呋喃溶液将三价 磷氧化成稳定的五价磷。
依此步骤循环,最终得到一个全长 DNA片段粗品。 用新鲜的浓氨水把粗品 从载体上切割下来,采用适当的纯化方 式去除短片段和氨基脱保护及氰乙基脱 保护形成的盐离子。
第一步:脱保护(Deblocking):用三氯乙酸 (TCA)去除CPG所链核苷上的DMT保护 基团,暴露5′羟基,供下一步缩合。
第二步:活化(Activation):单体与催化 剂四唑混合进入合成柱,四唑转移一个质子 给3′亚磷酸上二异丙胺基的N原子,质子化 的氨是四唑亲核进攻的离去基团,二异丙酰 胺被四唑取代,形成亚磷酰胺-四唑活性中 间体。
4.4 HPLC纯化 HPLC吸附基质分反相柱和离子柱: RP(反相柱)是根据疏水性的差别来分离的:疏
水性更强的长片段比短片段在柱内保留的时间更长。
离子柱是根据不同长度的寡核苷酸带有不同的 净电荷,通过缓慢增加流动相的离子强度将n-片段 先洗脱。
优点:纯化效果好,纯度可达99%以上,特别 是对标记引物,特殊探针特别有用。
优点:分离效果好,纯度能达到98-99%, 可以满足测序、克隆等用。引物也很稳定。
缺点:比较费时费力,样品损失很大。
4.3 脱盐纯化 如果偶合效率高,合成效果好,粗品本
身没有什么短片段,可以直接脱盐。 优点:省去PAGE电泳的麻烦,样品回
收率高。 缺点:不能有效去短片段,前提一定要
合成效果很好才选用此方法。