瓊脂糖凝膠和 DNA 構象

DNA 片段的構象也決定了它在凝膠中遷移的能力。

讓我們用質(zhì)粒的例子來說明這個概念。

未切割的質(zhì)粒至少存在三種構象：超螺旋、線性和開放環(huán)狀。在三種質(zhì)粒構象中，超螺旋 DNA 是最緊湊的形式，最容易遷移，因此通過瓊脂糖凝膠最遠。其次是線性形式，然后是開放的圓形構象，它在這三種未切割質(zhì)粒 DNA 構象中遷移的距離最短。

每當未切割的質(zhì)粒在瓊脂糖凝膠上運行時，都會看到三個條帶按此遷移順序（最短行進距離到最遠行進距離）：開放圓形 < 線性 < 超螺旋。

但是為什么會這樣呢？

讓我們試著用一個羊毛球來類比質(zhì)粒來回答這個問題。

考慮一個紗線球，它以三種不同的構象存在，如下圖所示。

如圖 1 所示，該紗線需要穿過一個開口。紗線最左側的構象對應于質(zhì)粒的大開口環(huán)狀形式，中間的對應于線性形式，最右邊的對應于超螺旋形式 .

請注意，每種構造中的羊毛片長度相同。

圖 1. 構象影響遷移的原因說明。

盡管長度相同，但紗線的遷移取決于其構造。 這解釋了為什么不同構象的相同質(zhì)粒在瓊脂糖凝膠中具有不同的遷移距離。

當使用限制性核酸內(nèi)切酶 (RE) 消化將同一質(zhì)粒線性化時，這種形式盡管與環(huán)狀（非線性）質(zhì)粒具有相同的分子量，但在通過瓊脂糖凝膠時會給出一條帶，因為超螺旋和開放環(huán)狀 構象缺失。這是區(qū)分和分離線性化（通過單位點 RE 消化）分子與同一質(zhì)粒未消化分子的簡單方法。

如何可視化凝膠中的 DNA 分子

DNA 分子太小，人眼無法看到。 即使在普通顯微鏡下，也看不到它。

那么，科學家如何觀察瓊脂糖凝膠中的 DNA 分子，從而得出有關 DNA 大小、構象等的必要推論呢？

研究人員將一種稱為溴化乙錠的化合物與瓊脂糖凝膠混合，以在凝膠中觀察 DNA。

溴化乙錠 (EtBr) 在紫外 (UV) 光下發(fā)出熒光并嵌入 DNA 的大溝中，如下圖 2所示。

EtBr 的這兩個特性已被用于瓊脂糖凝膠中 DNA 的染色和可視化。EtBr 被認為是致癌物質(zhì)，現(xiàn)在流行更安全的替代染色方法。 GelRed 產(chǎn)品是值得考慮的替代品。

圖 2.a) 表示 EtBr 如何插入 DNA。 b) DNA 條帶如何在紫外線下發(fā)出熒光并顯示出來。