基礎:苯酚提取DNA的原理

苯酚提取DNA是一種常用的從核酸中去除蛋白質的方法，例如，在基因組DNA製備過程中從細胞裂解液中去除蛋白質。它被普遍使用，但不被很好地理解。

如果你想知道如何提取苯酚，請繼續閱讀。

用苯酚提取DNA:基本協議

首先我將簡要介紹一下苯酚提取DNA的過程。首先，在含有蛋白質和待純化DNA的水溶液中加入一定量的苯酚。

由於苯酚和水是不相溶的(也就是說，混合時不形成均勻的混合物)，所以形成了兩種相:

1. 水相(又稱水相);而且
2. 苯酚階段。

苯酚的密度比這兩種液體大，所以它位於底部。

然後將各相徹底混合。這迫使苯酚進入水層，在那裏它形成一個乳液的液滴貫穿。水相中的蛋白質變性並分解成苯酚，而DNA則留在水中(圖1)。

首先，介紹一下溶劑

為了解釋添加苯酚是如何分離DNA和蛋白質的，我們需要簡單地介紹一下溶劑。這是化學反應，請耐心聽我說。

溶劑是一種物質，通常是液體，可以溶解其他物質。廣義上講，溶劑可以根據它們的極性來分類，極性取決於分子中電子密度的分布有多極端。

水是一種極性很強的溶劑，因為氧原子的電負性很強，所以它“吸”電子向它靠攏，遠離氫原子，在氧原子上產生輕微的負電荷，而在氫原子上產生輕微的正電荷(圖2)。也就是說，電荷在分子內被“極化”了。

苯酚分子的極性比水分子弱。雖然它有一個電負性很強的氧，但它被苯環抵消了，苯環的電負性也很強所以氧周圍沒有電子密度的集中。也就是說，在苯酚分子中電荷的極化程度不高。

DNA最易溶於水相

那麼這和DNA和蛋白質的分離有什麼關係呢?

一般來說，極性(帶電)化合物在極性溶劑中溶解最好，而非極性分子在極性較小或非極性溶劑中溶解最好。

DNA是極性分子，因為它的磷酸基上帶負電荷，所以它很容易溶於水，而不易溶於苯酚。因此，當水(+DNA +蛋白質)和苯酚混合時，DNA不會溶解在苯酚中。相反，它停留在水相中。

苯酚改變蛋白質的溶解度

但是，蛋白質則完全是另一回事。正如你所知，蛋白質由長鏈氨基酸組成。由於側鏈的性質，每種氨基酸都有其特定的特性。有些(如苯丙氨酸、亮氨酸和色氨酸)是非極性的，因為它們的側鏈不含帶電實體。相反，側鏈含有帶電實體的氨基酸(如穀氨酸、賴氨酸和組氨酸)是極性的。

側鏈的極性差異在生物學上很重要，因為它們在很大程度上決定了多肽如何折疊成功能蛋白。

簡單地說，鏈折疊使極性比溶劑低的側鏈盡可能多地位於蛋白質內部(遠離溶劑)。相反，與溶劑極性相似的側鏈排列在外側(圖3，麵板1)。

另一種思考方式是極性側鏈是親水的，非極性側鏈是疏水的。疏水側鏈藏在裏麵，親水側鏈藏在外麵。

在細胞中，細胞質蛋白質會根據水的影響而折疊。然而，蛋白質折疊在暴露於極性較低的溶劑(如苯酚)時發生變化(圖3，麵板2)。

簡而言之，蛋白質由內而外翻轉，因為極性較低的殘基(通常隱藏在內部)現在想要與極性較低的苯酚相互作用。

相反，一些極極性的殘基可能翻轉到球狀蛋白的內部，以避免不合適的新溶劑。

簡而言之，蛋白質被苯酚提供的新溶劑環境永久變性。

然而，蛋白質外部的極性殘基使它們溶於水，苯酚誘導的折疊變化迫使有利於苯酚的殘基轉移到外部。蛋白質現在在苯酚中比在水相中更容易溶解。

這就是苯酚提取DNA的基礎。酚溶性蛋白質分配到酚相，而如前所述，水溶性極性DNA分子留在水相中(圖3，麵板3)。

一旦你獲得了水溶液DNA，你就可以使用乙醇沉澱把它從水相中提取出來。

警告一句

苯酚是一種有毒的化學物質，具有毒性和腐蝕性。它會迅速導致嚴重的燒傷，應該非常小心地處理。由於苯酚的危險，應該考慮替代方法。鹽析是一種避免使用苯酚等有害試劑的DNA提取方法。(2、3)

最終的想法

本文綜述了苯酚提取DNA的研究進展。閱讀我們的相關文章更深入地研究苯酚/氯仿萃取的實際方麵，包括DNA和RNA提取之間的差異，pH值的重要性，以及為什麼使用氯仿。

參考文獻

1. 有毒物質和疾病登記局。苯酚的醫療管理指南．2021年10月14日訪問。
2. 米勒律師，戴克斯律師，波萊斯基律師。(1988)從人類有核細胞中提取DNA的一種簡單的鹽析過程．核酸Res．16(3): 1215。
3. 賈瓦迪A, Shamaei M, Mohammadi Ziazi L，等．(2014)兩種臨床標本基因組DNA提取方法的定性研究．Tanaffos．13(4): 41-47。

進一步的閱讀

1. 科比,KS。(1957)一種分離脫氧核糖核酸的新方法:脫氧核糖核酸與蛋白質之間化學鍵性質的證據．物化學J66(3) 495 - 504。
2. Pusztai a (1966)蛋白質與其他聚電解質在含苯酚和不同pH值緩衝水的兩相體係中的相互作用．物化學J99(1): 93 - 101。
3. 苯酚萃取．2021年10月14日訪問。

最初發表於2008年2月12日。2021年10月更新修訂。