分子生物学常用实验方法与基本仪器操作课件.ppt
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1、分子生物学常用实验方法与基本仪器操作,分子生物学发展简史,近半个世纪以来,Nobel medal Half a pound of 23-karal gold.2.5 inches across,分子生物学发展简史,近半个世纪以来,分子生物学发展简史,1.1支撑学科的掘起,Matthias Schleiden Theodor Schwann,生物体由细胞组成 所有组织的最基本单元-形状相似,高度分化的细胞 细胞的发生与形成是生物界普遍和永久的规律,Cytology,分子生物学发展简史,遗传因子假说(Hypothesis of the inherited factor G.J.Mendel 186
2、6.),生物性状由遗传因子控制 亲代传给子代的是遗传因子(A,a.)遗传因子在体细胞内成双(AA,aa)在生殖细胞内为单(A,a)杂合子体细胞内具有成双的遗传因子(Aa)等位的遗传因子独立分离 非等位遗传因子间自由组合地分配到配子中,分子生物学发展简史,For his discoveries concerning the role played by the Chromosome in heredity,demonstrated that genes are on the chromosome 1933年,获得诺贝尔生物学奖,Thomas Hunt Morgan,分子生物学发展简史,早期的遗传
3、学家们研究基因Forward Genetics:在不知基因化学本质前提下分析突变体在世代间的传递规律研究基因特性和染色体定位描述基因突然和染色体变异效应,二十世纪中叶遗传学家们不再满足于基因的抽象观念,开始聚焦提示基因的本质和作用机制,分子生物学发展简史,研究遗传物质-基因的本质,理解基因调控生化代谢过程,分子生物学,分子生物学简史,1.2 分子生物学第一个重要发现,George Beadle&Edward Tatum,1941年,提出“One Gene-One Enzyme”假说,说明基因的生化作用本质是控制酶的合成获得1958年诺贝尔生物学奖,分子生物学发展简史,Oswald Avery,
4、1.3 DNA是遗传物质,1928-1944年的肺炎链球菌遗传转化研究证明DNA是转化因子第一个动摇了“蛋白质是基因”的理念,奠定了“DNA是遗传物质”的理论基础。,1952年,M.Delbruck&S.E.Luria&A.Hershey对噬菌体繁殖过程展开深入研究,确定DNA是主要遗传物质。获得1969年诺贝尔生物学奖。,分子生物学发展简史,1.4 DNA双螺旋结构的揭示,1953,DNA Double Helix model 1962,NP,分子生物学发展简史,1.5 破译遗传密码,R.Holley H.G.Khorana M.Nirenberg,破解遗传密码并阐释其在蛋白质合成中的作用1
5、968 NP,分子生物学发展简史,1.6 mRNA的发现和operon的提出,基因通过RNA严格地控制着蛋白质的合成命名为信使RNA(mRNA)暗示了“三联体遗传密码”以外的“空间调控密码”的存在,为分子生物学的发展奠定了基础1965 NP,F.Jacob&J.Monod&A.Lwoff,分子生物学发展简史,中心法则:从DNA流向DNA(DNA自我复制);从DNA流向RNA,进而流向蛋白质(转录和翻译);从RNA流向RNA(RNA自我复制);从RNA流向DNA(逆转录)1975 NP,分子生物学发展简史,1.8 学科互促共进,DNA分子的克隆技术基因的定点诱变技术PCR的DNA扩增技术细胞与组
6、织培养技术,分子生物学发展简史,Werner Arber,Daniel Nathans,Hamilton O.Smith,发现限制性内切酶及其在分子遗传学方面的应用1978 NP,分子生物学发展简史,对核酸中DNA碱基序列的确定方法The Nobel Prize in Chemistry 1980,Walter Gilbert,Frederick Sanger,Paul Burg1958 NP:胰岛素结构,分子生物学发展简史,Kary B.Mullis,发展了以DNA为基础的化学研究方法,开发了聚合酶链锁反应(PCR)对分子生物学家研究工作的影响程度超过了其他任何技术,它的应用领域几乎超过了其
7、他任何技术。1993 NP in Chemistry,分子生物学发展简史,1.9 现代分子生物学研究对象的变换研究策略的创新研究内容的拓展,分子生物学发展简史,分子生物学发展简史,分子生物学发展简史,研究策略的创新(Genomics),分子生物学发展简史,揭示生命现象的本质,分子生物学发展简史,研究内容的拓展,19401965分子生物学的核心问题:DNA作为遗传物质的三大基本属性问题得以基本的阐明,分子生物学实验常用方法与仪器,1.高压灭菌分子生物学的前期准备灭菌(sterilization)杀灭物体上所有微生物的方法。因此,灭菌比消毒要求高,包括杀灭病原微生物和非病原微生物、细菌的繁殖体和芽
8、胞。无菌(asepsis)不含活菌的意思。防止细菌进入人体或其它物品的操作技术,称为无菌操作。,分子生物学实验常用方法与仪器,1.1 灭菌方法,一、物理消毒灭菌法(一)热力灭菌法1.干热灭菌法:火焰灼烧灭菌和热空气灭菌。原理是加热使蛋白质变性,与水的含量有关,当环境和细胞含水量越大,凝固越快。(1)焚烧:被污染的纸张、实验 室有传染性的动物尸体、无经济价值的物品可以烧掉。(2)烧灼:火焰灼烧适用于接种环、接种针和金属用具如镊子等,试管口和瓶口,涂 布用玻璃棒。,分子生物学实验常用方法与仪器,1.1 灭菌方法,(3)干烤:干烤灭菌法需在干烤箱进行,靠热空气进行灭菌。这种方法适用于玻璃器皿、金属器
9、械以及不能遇水的油脂、凡士林等灭菌。灭菌时一般加热至160170 2小时可达到灭菌的目的。在装满物品的干烤箱内,不同部位的温度差可达3040,故温箱内最好装有鼓风机使温度均匀。箱内物品不宜装得太多,以免影响空气的流通。(4)红外线:红外线烤箱,供小件器械(镊子、剪刀等)以及玻璃注射器等迅速灭菌用。注意事项:1)培养基、橡胶制品、塑料制品不能用此法;2)温度控制在180;3)物品不能太挤;4)温度降至70时才开箱门。,分子生物学实验常用方法与仪器,1.1 灭菌方法,(2)煮沸消毒法:煮沸5分钟,可杀灭所有的细菌繁殖体。但杀死芽胞则需一至数小时。如在水中加入1%碳酸钠即可提高沸点,增强杀灭芽胞作用
10、,同时又可防止金属器械生锈。如水中加25%石炭酸,则1015分钟后可破坏芽胞,所以许多医疗器械如手术刀、剪、镊子、胶管、注射器等,常用煮沸消毒。,2.湿热灭菌法:原理:因为湿热中菌体吸水,蛋白质容易凝固。蛋白质凝固时所需温度与其含水量成反比关系,即蛋白质含水量增加,所需凝固温度降低;湿热的蒸气有潜热存在。湿热的穿透力比干热大。所以效果比同温度下干热好。(1)巴氏消毒法(pasteurization):常用于牛奶和酒类等物品的消毒。具体的消毒方法有两种:一是以61.162.8消毒30分钟;另一方法是以71.7,消毒1530秒钟。,分子生物学实验常用方法与仪器,1.1 灭菌方法,(3)流通蒸气消毒
11、法:用阿诺氏灭菌器或普通蒸气笼进行。因此在正常大气压下,故温度不会超过100。普通细菌的繁殖体1530分钟可杀死。但芽胞不易消灭。(4)间歇灭菌法:有些物质不能加热至100以上,例如含血清的培养基等,为了消灭其中的细菌芽胞,须用间歇灭菌法。方法是用阿诺灭菌器或用蒸笼加热100维持30分钟,每天进行一次,连续三天。第一次加热后,细菌的繁殖体即被杀灭,而芽胞还能存活,为了使芽胞发芽成繁殖体,将被灭菌的物品取出放在室温37温箱内过夜,第二天再加热一次,则可杀死由芽胞生成的繁殖体。为了达到彻底灭菌,照上法再进行第三次加热,这样所有的芽胞将被杀灭。应用间歇灭菌法,在间歇期必须提供芽胞发芽所需条件。(5)
12、高压蒸气灭菌法:设备:高压灭菌器 时间长短根据灭菌物品的种类和数量不同有所变化。适用于培养基等的灭菌,在1.05kg/cm2蒸气压下,温度达121.3,维持1520分钟,可杀灭包括细菌芽胞在内的所有微生物。高压蒸气灭菌器就是根据这一原理制成的,常用于一般培养基、生理盐水、手术敷料、工作服、橡胶物品等耐高温、耐湿热等物品的灭菌,也可用于玻璃器皿的灭菌。,分子生物学实验常用方法与仪器,1.1 灭菌方法,杀灭几类主要微生物的湿热条件,分子生物学实验常用方法与仪器,1.1 灭菌方法,(二)电磁波辐射杀菌法1.紫外线:原理:紫外线波长在200300nm,具有杀菌作用,以265-266杀菌力强。此段波长易
13、被细胞中核酸吸收;这与DNA的吸收光谱范围一致。缺点:穿透力不大。距照射物1.2m为宜。紫外线释放的能量较低,故穿透力较弱,普通玻璃、纸张、尘埃、水蒸气等均能阻挡紫外线。应用:只能用于无菌操作台的空气消毒,或用于不耐热物品的表面消毒。注意事项:杀菌波长的紫外线对人体皮肤、眼睛有损伤作用,使用时应注意防护。2.电离辐射:包括高速电子、X射线和射线等。在足够剂量时,对各种细菌均有致死作用。其机制在于产生游离基,破坏DNA。,分子生物学实验常用方法与仪器,1.1 灭菌方法,(三)滤过除菌法:是用物理阻留的方法将液体或空气中的细菌除去。所用的器具是滤菌器(filter)。滤菌器含有微细小孔,只允许液体
14、或气体通过,而大于其孔经的细菌等颗粒不能通过。滤过除菌主要用于一些不耐高温灭菌的血清、毒素、抗生素,以及空气等的除菌。目前过滤除菌采用两类器具,一类叫深层滤器,另一类是滤膜。滤膜一般由醋酸纤维素、硝酸纤维素、多聚碳酸酯、聚偏氟乙烯等合成纤维材料制成。滤膜的孔径一般为0.2微米,它可以滤除绝大多数微生物的营养细胞。过滤法的最大缺点是不能滤除病毒。注意事项:1、压力适当;2、无菌条件下进行;3、防止渗透现象。,分子生物学实验常用方法与仪器,1.1 灭菌方法,我们来看一下滤膜灭菌是如何工作的。如下图所示,在一个漏斗形容器上部放置数片滤膜。右图是整个过滤系统。待除菌的液体装在三角瓶中(1),用蠕动泵(
15、2)将液体抽到过滤器(3)内,滤过的液体进入事先灭菌的瓶子中。,如果是灭菌少量液体,可以采用一种简单的的滤器。,分子生物学实验常用方法与仪器,1.2 常用灭菌设备,分子生物学实验常用方法与仪器,1.2 常用灭菌设备,耐高温的玻璃器材、瓷器等常用此法灭菌,如培养细菌用的试管、平皿、吸管等。注意:1)玻璃器皿不可有水。有水的玻璃器皿在干热灭菌中容易炸裂。2)物品不能堆得太满、太紧,以免影响灭菌效果。3)禁放易燃易焦物品,不得充当温箱使用。4)玻璃吸管和玻璃平皿等应放入金属筒内,再放入干烤箱内灭菌。,分子生物学实验常用方法与仪器,1.2 常用灭菌设备,分子生物学实验常用方法与仪器,高压灭菌器使用的注
16、意事项一不能使用此高压蒸汽灭菌器消毒任何有破坏性材料和含碱金属成份的物质。消毒这些物品将会导致爆炸或腐蚀内胆和内部管道,以及破坏垫圈。危险物品清单如下:1.爆炸物质 乙二醇二硝酸酯(硝化甘醇),硝酸甘油,硝化纤维素(硝化纤维素滤器)和所有含硝酸根的酯类。三硝基苯,黄色炸药,苦味酸和所有易燃易爆的硝基 过乙酸,甲烷基,乙基,甲醇,过氧化氢,过氧化物,苯甲酰,苯甲酰基及有机过氧化物。2.可燃性物质 金属锂、钾、钠、黄磷、磷、硫化物、红磷。明胶、碳化钙(电石)、氧化钙(石灰),镁粉,连二亚硫酸钠(保险粉)。3.氧化剂氯化钾,氯化钠,氯化铵和其他氯化物。(粉剂)高氯酸钾,高氯酸钠,高氯酸铵和其他高氯化
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