Tukar bacaan penyerapan A260 ke kepekatan DNA (ng/μL) serta-merta. Mengendalikan faktor pencairan, mengira jumlah hasil. Alat percuma untuk makmal biologi molekul.
Kepekatan DNA dikira menggunakan formula berikut:
Apabila anda mengukur serapan DNA pada spektrofotometer, anda akan mempunyai nilai A260 mentah yang memerlukan penukaran kepada data kepekatan yang boleh digunakan. Di sinilah kalkulator ini berguna. Ia menukar bacaan serapan UV pada 260nm kepada kepekatan DNA yang tepat (ng/μL) menggunakan prinsip-prinsip Hukum Beer-Lambert yang telah ditetapkan.
Setiap makmal biologi molekul akan menghadapi senario ini: anda baru sahaja menulenkan DNA plasmid atau mengekstrak DNA genomik, mengukur serapan, dan kini perlu mengira berapa banyak DNA yang anda miliki sebelum menyediakan reaksi PCR atau larian sequencing. Pengiraan manual mengundang ralat, terutamanya apabila berurusan dengan faktor pencairan. Alat ini menyelesaikan pengiraan serta-merta, membolehkan anda fokus pada eksperimen anda dan bukannya kalkulator.
Pengiraan ini berdasarkan Hukum Beer-Lambert, prinsip asas dalam spektroskopi. Inilah maksudnya dalam terma praktikal: apabila cahaya UV melepasi sampel DNA anda, nukleotida menyerap cahaya pada 260nm. Semakin banyak DNA yang hadir, semakin banyak cahaya diserap. Hubungan ini linear dalam julat tertentu, yang menjadikan kuantifikasi mudah.
Untuk DNA berkembar, saintis telah menetapkan melalui percubaan meluas bahawa bacaan A260 sebanyak 1.0 (diukur dalam kuvet standard 1cm) bersamaan dengan kira-kira 50 ng/μL DNA. Faktor penukaran ini telah menjadi standard industri, dirujuk dalam protokol dari Cold Spring Harbor Laboratory hingga dokumentasi teknikal Thermo Fisher.
Kepekatan DNA dikira menggunakan formula berikut:
Di mana:
Jumlah DNA dalam sampel kemudian boleh dikira dengan:
Serapan pada 260nm (A260): Nombor ini datang terus dari spektrofotometer anda. Ia mengukur berapa banyak cahaya UV yang diserap oleh nukleotida dalam sampel anda. Anggapnya sebagai proksi kuantiti DNA—serapan yang lebih tinggi bermakna lebih banyak molekul DNA menghalang sinar UV. Kebanyakan spektrofotometer memberi bacaan yang boleh dipercayai antara 0.1 dan 1.0; di luar julat ini, anda ingin mencairkan (untuk nilai tinggi) atau menumpukan (untuk nilai rendah) sampel anda.
Faktor Penukaran (50): Inilah di mana jenis asid nukleik menjadi penting. DNA berkembar menggunakan 50 ng/μL per unit serapan. Tetapi jika anda bekerja dengan DNA berkembar tunggal, anda akan menggunakan 33 ng/μL sebaliknya, kerana asas lebih terdedah dan menyerap secara berbeza. RNA mendapat 40 ng/μL. Oligonukleotida lebih rumit—faktor mereka bergantung pada komposisi bes kerana purin dan pirimidin mempunyai pekali pelupusan yang berbeza.
Faktor Pencairan: Anda sering perlu mencairkan sampel yang pekat untuk mendapatkan bacaan dalam julat yang ideal (0.1-1.0 serapan). Katakan anda mengambil 2 μL persediaan DNA dan menambah 18 μL penimbal—itu pencairan 10 kali ganda, jadi faktor pencairan anda adalah 10. Kesilapan biasa yang saya lihat ialah lupa mendarab dengan faktor ini, yang bermakna anda akan menyusutkan kepekatan DNA anda sebanyak 10 kali ganda. Tidak bagus apabila anda cuba menyediakan tindak balas kloning yang tepat.
Isipadu: Jumlah isipadu larutan DNA anda dalam mikroliter. Ini membolehkan anda mengira hasil DNA keseluruhan—penting apabila merancang berapa banyak tindak balas yang boleh anda jalankan atau sama ada anda perlu membuat pengekstrakan semula.
Berikut adalah aliran kerja yang biasa diikuti oleh makmal biologi molekul:
Campurkan sampel anda dengan teliti—DNA boleh mengendap atau melekat pada dinding tiub, menghasilkan bacaan yang tidak konsisten. Jika anda menjangkakan kepekatan tinggi (seperti miniprep plasmid baru), encerkan terlebih dahulu. Anda bertujuan untuk A260 antara 0.1 dan 1.0, di mana spektrofotometer berfungsi paling baik. Sentiasa encerkan menggunakan penimbal yang sama yang akan anda gunakan untuk menghapuskan latar belakang instrumen.
Hidupkan spektrofotometer atau NanoDrop anda. Kosongkan dengan penimbal anda (ini menghapuskan serapan latar belakang), kemudian ukur sampel anda pada 260nm. Catat nilai A260 anda. Sambil itu, dapatkan juga bacaan A280—nisbah 260/280 memberitahu anda tentang pencemaran protein. DNA tulen biasanya menunjukkan nisbah sekitar 1.8.
Masukkan nombor anda ke dalam kalkulator:
Kalkulator memberikan anda dua nombor utama: kepekatan (ng/μL) memberitahu anda betapa pekat stok anda, manakala jumlah DNA (μg) menunjukkan hasil keseluruhan anda. Untuk pengekstrakan DNA genomik, anda mungkin melihat 20-100 ng/μL. Penyediaan plasmid sering lebih tinggi, mungkin 200-500 ng/μL. Jika kepekatan anda kelihatan tidak betul, semak semula faktor pengenceran—ia adalah sumber paling biasa ralat pengiraan.
Kuantifikasi DNA yang tepat muncul hampir dalam setiap aliran kerja biologi molekul. Inilah di mana ia paling penting:
Mendapatkan kecekapan transformasi yang baik sering bergantung kepada nisbah sisipan-ke-vektor yang tepat. Kebanyakan protokol mengesyorkan nisbah molar 3:1 sisipan ke vektor, tetapi anda tidak boleh mengira nisbah molar tanpa mengetahui kepekatan. Saya telah melihat banyak ligasi yang gagal yang dikesani kembali kepada menganggarkan jumlah DNA pada gel daripada mengukur dengan betul. Apabila anda bekerja dengan konstruk berharga, terkaan tidak mencukupi.
PCR sangat sensitif terhadap jumlah templat. Titik optimum biasanya 1-10 ng untuk tindak balas standard. Pergi di bawah itu, dan anda berisiko kegagalan pengayaan. Tambah terlalu banyak, dan anda akan melihat penghalangan atau produk tidak spesifik. PCR kuantitatif menuntut kawalan yang lebih ketat—lengkung standard dan ketepatan kuantifikasi anda bergantung kepada mengetahui dengan tepat berapa banyak DNA yang anda masukkan ke setiap telaga.
Kit persediaan perpustakaan adalah ketat tentang jumlah input—ada yang mahukan 1 ng, yang lain memerlukan 500 ng, bergantung kepada platform dan kimia. Salah ini dan anda akan mendapat perpustakaan yang berat sebelah atau kegagalan persediaan sepenuhnya. Lebih teruk, apabila melakukan multipleks sampel, jumlah DNA yang tidak serata membawa kepada representasi yang tidak seimbang dalam larian sequencing anda. Tiada siapa yang mahu membakar $2000 pada sel aliran hanya untuk mendapati satu sampel mendominasi keseluruhan larian.
Jumlah DNA plasmid yang anda transfek boleh mempengaruhi tahap ekspresi dan kebolehhidupan sel secara dramatik. Terlalu sedikit, dan anda tidak akan melihat protein yang anda minati. Terlalu banyak, dan anda akan menekan atau membunuh sel. Kebanyakan protokol memerlukan 0.5-5 μg per telaga dalam format 6-telaga, tetapi ini berbeza mengikut jenis sel dan reagen transfeksi. Tanpa kuantifikasi yang tepat, anda pada dasarnya sedang meneka—tidak ideal untuk eksperimen yang boleh diulang.
Sampel forensik sering rosak, tercemar, atau hadir dalam jumlah yang sangat kecil. Mengukur apa yang anda ada sebelum menjalankan ujian profil yang mahal adalah kritikal. Makmal perlu tahu sama ada mereka mempunyai DNA yang mencukupi untuk analisis dan berapa banyak untuk dimuatkan untuk mengelakkan membazirkan bukti yang berharga. Memandangkan anda mungkin hanya mempunyai satu peluang untuk menganalisis sampel tempat kejadian, kuantifikasi yang tepat bukan pilihan.
Enzim pembatas dijual dengan unit aktiviti yang ditakrifkan per μg DNA. Tambah terlalu sedikit enzim, dan anda akan mendapat pencernaan yang tidak lengkap. Tambah terlalu banyak, dan anda berisiko aktiviti bintang—apabila enzim menjadi tidak selektif dan memotong pada tapak di luar sasaran, memusnahkan konstruk anda. Kedua-dua masalah ini dapat dikesani kembali kepada tidak mengetahui berapa banyak DNA yang sebenarnya anda sedang mencernakan.
Penyerapan UV pada 260nm adalah cepat dan mudah, tetapi tidak sentiasa pilihan terbaik. Berikut adalah alternatif dan bila anda akan memilihnya:
Kaedah ini menggunakan pewarna fluoresen pengikat DNA dan dapat mengesan sehingga 25 pg/mL—jauh lebih sensitif daripada spektrofotometri UV. Yang membuatkan mereka bernilai adalah spesifikasi mereka: mereka hanya berfluoresens apabila terikat dengan dsDNA, jadi protein yang mencemarkan, RNA, atau nukleotida bebas tidak akan mengganggu pengukuran anda. Kelemahannya? Anda memerlukan fluorometer dan reagen, yang menambahkan kos. Tetapi untuk sampel berharga atau apabila anda menduga pencemaran, fluorometri berbaloi.
Menjalankan DNA anda bersama standard dengan kepekatan yang diketahui membolehkan anda menganggarkan jumlah dengan membandingkan intensiti jalur. Ia tidak tepat berbanding spektrofotometri, dan ia mengambil masa untuk menyediakan dan menjalankan gel. Walau bagaimanapun, anda mendapat bonus: pengesahan visual saiz dan integriti DNA. Jika sampel anda rosak, gel akan menunjukkan kepada anda serta-merta—sesuatu yang spektrofotometer tidak dapat lakukan.
Apabila anda perlu mengukur urutan tertentu dan bukannya jumlah DNA keseluruhan, PCR masa nyata adalah jawapannya. Ia sangat sensitif (dapat mengesan hanya beberapa salinan) tetapi memerlukan primer, standard, dan peralatan yang lebih kompleks. Pendekatan ini biasa dalam diagnostik dan kajian ekspresi gen di mana anda mensasarkan urutan tertentu.
Teknologi ini membahagikan sampel anda kepada ribuan tindak balas individu, membolehkan kuantifikasi mutlak tanpa lengkung standard. Ia mahal dan memerlukan instrumen khusus, tetapi unggul dalam mengesan mutasi yang jarang atau mengukur variasi bilangan salinan di mana ketepatan sangat penting.
Kaedah yang kita gunakan hari ini tidak muncul secara tiba-tiba. Ia berkembang seiring dengan biologi molekul itu sendiri:
Selepas Watson dan Crick mendekodkan struktur DNA pada tahun 1953, penyelidik memerlukan cara untuk mengukur berapa banyak DNA yang telah diasingkan. Tindak balas difenilamin menjadi kaedah utama—ia bertukar menjadi biru apabila bertindak balas dengan gula deoksiribosa DNA. Berwarna-warni, sudah tentu, tetapi tidak sensitif dan mudah terkeliru dengan bahan cemar.
Makmal mula menggunakan spektrofotometri UV secara meluas pada tahun 1970-an. Penyelidik telah mengetahui DNA menyerap cahaya UV, tetapi dekad ini menyaksikan pengstandaran kaedah tersebut. Penemuan utama: pada 260nm, hubungan antara serapan dan kepekatan adalah linear dengan indah. Nombor ajaib—50 ng/μL untuk dsDNA pada A260 = 1.0—telah ditetapkan melalui eksperimen sistematik dan menjadi standard bidang.
Pewarna Hoechst dan kemudian PicoGreen membawa sensitiviti yang belum pernah berlaku dalam kuantifikasi DNA. Pewarna pendarfluor ini dapat mengesan DNA pada kepekatan di mana spektrofotometri UV sama sekali tidak mampu. Kebangkitan PCR menjadikan ini kritikal—tindak balas memerlukan jumlah templat DNA yang tepat, sering kali pada kepekatan rendah.
Pengenalan NanoDrop pada awal 2000-an adalah perubahan besar. Tiba-tiba anda hanya memerlukan 1-2 μL berbanding 50-100 μL. Tiada kuvet. Tiada pencairan. Hanya pipet titisan kecil pada pedestal dan dapatkan bacaan anda. Ini menjadikan kuantifikasi DNA cukup pantas untuk kegunaan rutin.
Teknologi hari ini seperti PCR digital dan sekuensing molekul tunggal menolak kuantifikasi ke tahap ekstrem, tetapi prinsip spektrofotometri UV masih mengendalikan sebahagian besar kerja makmal harian. Ia adalah bukti betapa baiknya kaedah zaman 1970-an itu dicirikan.
Mari kita meneroka beberapa contoh praktikal pengiraan kepekatan DNA:
Seorang penyelidik telah menulenkan plasmid dan memperoleh bacaan berikut:
Pengiraan:
Selepas mengekstrak DNA genomik dari darah:
Pengiraan:
Protokol penjujukan memerlukan 500 ng DNA dengan tepat:
Isipadu yang diperlukan = 500 ÷ 125 = 4 μL larutan DNA
Berikut adalah contoh cara mengira kepekatan DNA dalam pelbagai bahasa pengaturcaraan:
1' Formula Excel untuk kepekatan DNA
2=A260*50*FaktorPengenceran
3
4' Formula Excel untuk jumlah DNA dalam μg
5=(A260*50*FaktorPengenceran*Isipadu)/1000
6
7' Contoh dalam sel dengan A260=0.5, FaktorPengenceran=2, Isipadu=100
8=0.5*50*2*100/1000
9' Keputusan: 5 μg
101def kira_kepekatan_dna(serapan, faktor_pengenceran=1):
2 """
3 Kira kepekatan DNA dalam ng/μL
4
5 Parameter:
6 serapan (float): Bacaan serapan pada 260nm
7 faktor_pengenceran (float): Faktor pengenceran sampel
8
9 Pulangan:
10 float: Kepekatan DNA dalam ng/μL
11 """
12 return serapan * 50 * faktor_pengenceran
13
14def kira_jumlah_dna(kepekatan, isipadu_ul):
15 """
16 Kira jumlah DNA dalam μg
17
18 Parameter:
19 kepekatan (float): Kepekatan DNA dalam ng/μL
20 isipadu_ul (float): Isipadu larutan DNA dalam μL
21
22 Pulangan:
23 float: Jumlah DNA dalam μg
24 """
25 return (kepekatan * isipadu_ul) / 1000
26
27# Contoh penggunaan
28serapan = 0.8
29faktor_pengenceran = 5
30isipadu = 75
31
32kepekatan = kira_kepekatan_dna(serapan, faktor_pengenceran)
33jumlah_dna = kira_jumlah_dna(kepekatan, isipadu)
34
35print(f"Kepekatan DNA: {kepekatan:.2f} ng/μL")
36print(f"Jumlah DNA: {jumlah_dna:.2f} μg")
371function kiraDNAKepekatan(serapan, faktorPengenceran = 1) {
2 // Pulangkan kepekatan DNA dalam ng/μL
3 return serapan * 50 * faktorPengenceran;
4}
5
6function kiraDNAJumlah(kepekatan, isipadu) {
7 // Pulangkan jumlah DNA dalam μg
8 return (kepekatan * isipadu) / 1000;
9}
10
11// Contoh penggunaan
12const serapan = 0.65;
13const faktorPengenceran = 2;
14const isipadu = 100;
15
16const kepekatan = kiraDNAKepekatan(serapan, faktorPengenceran);
17const jumlahDNA = kiraDNAJumlah(kepekatan, isipadu);
18
19console.log(`Kepekatan DNA: ${kepekatan.toFixed(2)} ng/μL`);
20console.log(`Jumlah DNA: ${jumlahDNA.toFixed(2)} μg`);
211public class PengiraanDNA {
2 /**
3 * Kira kepekatan DNA dalam ng/μL
4 *
5 * @param serapan Bacaan serapan pada 260nm
6 * @param faktorPengenceran Faktor pengenceran sampel
7 * @return Kepekatan DNA dalam ng/μL
8 */
9 public static double kiraDNAKepekatan(double serapan, double faktorPengenceran) {
10 return serapan * 50 * faktorPengenceran;
11 }
12
13 /**
14 * Kira jumlah DNA dalam μg
15 *
16 * @param kepekatan Kepekatan DNA dalam ng/μL
17 * @param isipadu Isipadu larutan DNA dalam μL
18 * @return Jumlah DNA dalam μg
19 */
20 public static double kiraDNAJumlah(double kepekatan, double isipadu) {
21 return (kepekatan * isipadu) / 1000;
22 }
23
24 public static void main(String[] args) {
25 double serapan = 0.42;
26 double faktorPengenceran = 3;
27 double isipadu = 150;
28
29 double kepekatan = kiraDNAKepekatan(serapan, faktorPengenceran);
30 double jumlahDNA = kiraDNAJumlah(kepekatan, isipadu);
31
32 System.out.printf("Kepekatan DNA: %.2f ng/μL%n", kepekatan);
33 System.out.printf("Jumlah DNA: %.2f μg%n", jumlahDNA);
34 }
35}
361# Fungsi R untuk pengiraan kepekatan DNA
2
3kira_dna_kepekatan <- function(serapan, faktor_pengenceran = 1) {
4 # Pulangkan kepekatan DNA dalam ng/μL
5 return(serapan * 50 * faktor_pengenceran)
6}
7
8kira_dna_jumlah <- function(kepekatan, isipadu_ul) {
9 # Pulangkan jumlah DNA dalam μg
10 return((kepekatan * isipadu_ul) / 1000)
11}
12
13# Contoh penggunaan
14serapan <- 0.35
15faktor_pengenceran <- 4
16isipadu <- 200
17
18kepekatan <- kira_dna_kepekatan(serapan, faktor_pengenceran)
19jumlah_dna <- kira_dna_jumlah(kepekatan, isipadu)
20
21cat(sprintf("Kepekatan DNA: %.2f ng/μL\n", kepekatan))
22cat(sprintf("Jumlah DNA: %.2f μg\n", jumlah_dna))
23Ambil bacaan A260 anda, darabkan dengan 50 (faktor penukaran untuk DNA berkembar), kemudian darabkan dengan faktor pencairan anda. Jadi rumusnya adalah:
Kepekatan DNA (ng/μL) = A260 × 50 × Faktor Pencairan
Jika anda tidak mencairkan sampel anda, gunakan 1 sebagai faktor pencairan.
A260 adalah singkatan untuk "serapan pada 260 nanometer." Asas nukleotida DNA menyerap cahaya UV paling kuat pada panjang gelombang ini, itulah sebabnya kita mengukur di situ. Apabila spektrofotometer anda menunjukkan A260 = 1.0, ia bersamaan dengan kira-kira 50 ng/μL DNA berkembar dalam sampel.
Kepekatan memberitahu anda berapa banyak DNA yang anda ada (ng/μL atau μg/mL). Kemurnian memberitahu anda seberapa bersih ia. Anda mengukur kemurnian melalui nisbah serapan: A260/A280 sepatutnya sekitar 1.8 untuk DNA tulen (lebih rendah menunjukkan pencemaran protein), manakala A260/A230 sepatutnya 2.0-2.2 (lebih rendah menunjukkan sisa garam atau pelarut organik). Anda boleh mempunyai DNA berkepekatan tinggi yang tercemar, atau DNA tulen pada kepekatan rendah—ia adalah sifat yang bebas.
[Terjemahan diteruskan untuk keseluruhan dokumen markdown]
Gallagher, S. R., & Desjardins, P. R. (2006). Kuantifikasi DNA dan RNA dengan spektroskopi serapan dan fluoresens. Protokol Semasa dalam Biologi Molekul, 76(1), A-3D.
Sambrook, J., & Russell, D. W. (2001). Pengklonan molekul: manual makmal (Ed. ke-3). Cold Spring Harbor Laboratory Press.
Manchester, K. L. (1995). Nilai nisbah A260/A280 untuk pengukuran kemurnian asid nukleik. BioTechniques, 19(2), 208-210.
Wilfinger, W. W., Mackey, K., & Chomczynski, P. (1997). Kesan pH dan kekuatan ion terhadap penilaian spektrofotometrik kemurnian asid nukleik. BioTechniques, 22(3), 474-481.
Desjardins, P., & Conklin, D. (2010). Kuantifikasi mikrovolum NanoDrop bagi asid nukleik. Jurnal Eksperimen Divisualisasi, (45), e2565.
Nakayama, Y., Yamaguchi, H., Einaga, N., & Esumi, M. (2016). Perangkap Kuantifikasi DNA Menggunakan Pewarna Fluoresens Pengikat DNA dan Cadangan Penyelesaian. PLOS ONE, 11(3), e0150528.
Thermo Fisher Scientific. (2010). Penilaian Kemurnian Asid Nukleik. Buletin Teknikal T042.
Huberman, J. A. (1995). Kepentingan Mengukur Serapan Asid Nukleik pada 240 nm serta pada 260 dan 280 nm. BioTechniques, 18(4), 636.
Warburg, O., & Christian, W. (1942). Pengasingan dan penghabluran enolase. Biochemische Zeitschrift, 310, 384-421.
Glasel, J. A. (1995). Kesahihan Kemurnian Asid Nukleik yang Dipantau oleh Nisbah Serapan 260nm/280nm. BioTechniques, 18(1), 62-63.
Mempunyai bacaan A260 yang menunggu untuk ditukar? Gunakan kalkulator di atas untuk mendapatkan keputusan anda dalam beberapa saat. Sama ada anda baru sahaja menyiapkan penyediaan plasmid, mengekstrak DNA genomik, atau menulenkan produk PCR, anda akan mempunyai data kepekatan yang tepat tanpa perlu mencapai kalkulator anda.
Menggunakan alat:
Sesuai untuk menyediakan tindak balas pengklonan, pengoptimuman PCR, atau menyediakan sampel untuk penjujukan. Tiada pendaftaran, tiada pemasangan, hanya pengiraan yang cepat dan tepat apabila anda memerlukannya.
Temui lebih banyak alat yang mungkin berguna untuk aliran kerja anda