Kalkulačka koncentrácie DNA: Prevod A260 na ng/μL

Vypočítajte koncentráciu DNA z hodnôt absorbancie (A260) s nastaviteľnými faktorami riedenia. Nevyhnutný nástroj pre laboratóriá molekulárnej biológie a genetický výskum.

Kalkulačka koncentrácie DNA

Vstupné parametre

A260
μL
×

Výsledok výpočtu

Koncentrácia DNA sa vypočíta pomocou nasledujúceho vzorca:

Koncentrácia (ng/μL) = A260 × 50 × Faktor riedenia
Koncentrácia DNA
Kopírovať
Prosím, zadajte platné hodnoty

Vizualizácia koncentrácie

📚

Dokumentácia

Kalkulačka koncentrácie DNA

Úvod

Kalkulačka koncentrácie DNA je nevyhnutným nástrojom pre molekulárnych biológov, genetikov a laboratórnych technikov, ktorí potrebujú presne určiť koncentráciu DNA vo svojich vzorkách. Meranie koncentrácie DNA je základný postup v laboratóriách molekulárnej biológie, ktorý slúži ako kritický krok kontroly kvality pred pokračovaním v následných aplikáciách, ako sú PCR, sekvenovanie, klonovanie a iné molekulárne techniky. Táto kalkulačka využíva spektrofotometrické princípy na výpočet koncentrácie DNA na základe UV absorpcie pri 260 nm (A260), aplikuje štandardný konverzný faktor a zohľadňuje akékoľvek zriedenie pôvodnej vzorky.

Naša používateľsky prívetivá kalkulačka zjednodušuje proces určovania ako koncentrácie (ng/μL), tak aj celkového množstva DNA vo vašej vzorke, čím eliminuje potrebu manuálnych výpočtov a znižuje riziko matematických chýb. Či už pripravujete vzorky na sekvenovanie novej generácie, kvantifikujete plasmidové prípravy alebo hodnotíte výťažky z extrakcie genomickej DNA, tento nástroj poskytuje rýchle a spoľahlivé výsledky na podporu vášho výskumu a diagnostických pracovných postupov.

Ako sa vypočítava koncentrácia DNA

Základný princíp

Výpočet koncentrácie DNA sa zakladá na Beer-Lambertovom zákone, ktorý uvádza, že absorpcia roztoku je priamo úmerná koncentrácii absorbujúceho druhu v roztoku a dĺžke svetelnej dráhy cez roztok. Pre dvojvláknovú DNA zodpovedá absorpcia 1,0 pri 260 nm (A260) v cuvette s dĺžkou 1 cm koncentrácii približne 50 ng/μL.

Vzorec

Koncentrácia DNA sa vypočíta pomocou nasledujúceho vzorca:

Koncentraˊcia DNA (ng/μL)=A260×50×Zriediaci faktor\text{Koncentrácia DNA (ng/μL)} = A_{260} \times 50 \times \text{Zriediaci faktor}

Kde:

  • A260 je hodnota absorpcie pri 260 nm
  • 50 je štandardný konverzný faktor pre dvojvláknovú DNA (50 ng/μL pri A260 = 1.0)
  • Zriediaci faktor je faktor, ktorým bola pôvodná vzorka zriedená na meranie

Celkové množstvo DNA vo vzorke sa potom môže vypočítať pomocou:

Celkovaˊ DNA (μg)=Koncentraˊcia (ng/μL)×Objem (μL)1000\text{Celková DNA (μg)} = \frac{\text{Koncentrácia (ng/μL)} \times \text{Objem (μL)}}{1000}

Pochopenie premenných

  1. Absorbancia pri 260 nm (A260):

    • Toto je meranie toho, koľko UV svetla pri vlnovej dĺžke 260 nm je absorbované vzorkou DNA
    • Nukleotidy DNA (najmä dusíkaté bázy) absorbujú UV svetlo s maximom absorpcie pri 260 nm
    • Čím vyššia je absorpcia, tým viac DNA je prítomné v roztoku
  2. Konverzný faktor (50):

    • Štandardný konverzný faktor 50 ng/μL je špecifický pre dvojvláknovú DNA
    • Pre jednoštruktúrovú DNA je faktor 33 ng/μL
    • Pre RNA je faktor 40 ng/μL
    • Pre oligonukleotidy sa faktor líši v závislosti od sekvencie
  3. Zriediaci faktor:

    • Ak bola vzorka zriedená pred meraním (napr. 1 časť vzorky na 9 častí pufra = zriediaci faktor 10)
    • Vypočítava sa ako: (Objem vzorky + Objem zriedeného roztoku) ÷ Objem vzorky
    • Používa sa na určenie koncentrácie v pôvodnej, nezriedenej vzorke
  4. Objem:

    • Celkový objem vašej DNA roztoku v mikrolitroch (μL)
    • Používa sa na výpočet celkového množstva DNA vo vzorke

Ako používať túto kalkulačku

Postupujte podľa týchto krokov, aby ste presne určili koncentráciu svojej DNA:

  1. Pripravte svoju vzorku:

    • Uistite sa, že vaša vzorka DNA je správne rozpuštěná a premiešaná
    • Ak je očakávaná koncentrácia vysoká, pripravte zriedenie, aby ste zabezpečili, že meranie spadá do lineárneho rozsahu (typicky A260 medzi 0.1 a 1.0)
  2. Zmerajte absorbanciu:

    • Použite spektrofotometer alebo nanodrop zariadenie na meranie absorbancie pri 260 nm
    • Taktiež zmerajte absorbanciu pri 280 nm na posúdenie čistoty (pomer A260/A280)
    • Použite rovnaký pufor, ktorý bol použitý na rozpuštenie/zriedenie vašej DNA, ako referenčný blank
  3. Zadajte hodnoty do kalkulačky:

    • Zadajte nameranú hodnotu A260 do poľa "Absorbancia pri 260 nm"
    • Zadajte celkový objem vášho DNA roztoku v mikrolitroch
    • Zadajte zriediaci faktor (použite 1, ak nebolo vykonané zriedenie)
  4. Interpretujte výsledky:

    • Kalkulačka zobrazí koncentráciu DNA v ng/μL
    • Celkové množstvo DNA vo vzorke bude zobrazené v μg
    • Použite tieto hodnoty na určenie vhodného objemu potrebného na následné aplikácie
  5. Posúďte čistotu DNA (ak bola zmeraná A280):

    • Pomer A260/A280 približne 1.8 naznačuje čistú DNA
    • Nižšie pomery môžu naznačovať kontamináciu proteínmi
    • Vyššie pomery môžu naznačovať kontamináciu RNA

Prípadové použitia

Meranie koncentrácie DNA je kľúčové v mnohých aplikáciách molekulárnej biológie a biotechnológie:

Molekulárne klonovanie

Pred ligovaním DNA fragmentov do vektorov umožňuje poznanie presnej koncentrácie výskumníkom vypočítať optimálny pomer insertu k vektoru, čím sa maximalizuje účinnosť transformácie. Napríklad, pomer 3:1 molárneho pomeru insertu k vektoru často poskytuje najlepšie výsledky, čo si vyžaduje presné merania koncentrácie oboch komponentov.

PCR a qPCR

PCR reakcie zvyčajne vyžadujú 1-10 ng vzorky DNA pre optimálnu amplifikáciu. Príliš málo DNA môže viesť k zlyhaniu amplifikácie, zatiaľ čo príliš veľa môže inhibovať reakciu. Pre kvantitatívnu PCR (qPCR) je potrebná ešte presnejšia kvantifikácia DNA na zabezpečenie presných štandardných kriviek a spoľahlivej kvantifikácie.

Sekvenovanie novej generácie (NGS)

Protokoly prípravy knižnice NGS špecifikujú presné množstvá DNA, často v rozsahu 1-500 ng v závislosti od platformy a aplikácie. Presné meranie koncentrácie je nevyhnutné pre úspešnú prípravu knižnice a vyváženú reprezentáciu vzoriek v multiplexovaných sekvenčných behoch.

Transfekčné experimenty

Pri zavádzaní DNA do eukaryotických buniek sa optimálne množstvo DNA líši v závislosti od typu bunky a metódy transfekcie. Zvyčajne sa používa 0.5-5 μg plasmidovej DNA na jamku v 6-jamkovom formáte, čo si vyžaduje presné meranie koncentrácie na štandardizáciu experimentov.

Forenzná analýza DNA

V forenzných aplikáciách sú vzorky DNA často obmedzené a cenné. Presná kvantifikácia umožňuje forenzným vedcom určiť, či je prítomné dostatočné množstvo DNA na profilovanie a na štandardizáciu množstva DNA použitého v následných analýzach.

Trávenie restrikčnými enzýmami

Restrikčné enzýmy majú špecifické aktivity definované na μg DNA. Poznanie presnej koncentrácie DNA umožňuje správne pomery enzýmu k DNA, čím sa zabezpečuje úplné trávenie bez starých aktivít (nespecifického rezania).

Alternatívy k spektrofotometrickému meraniu

Aj keď UV spektrofotometria je najbežnejšou metódou kvantifikácie DNA, existuje niekoľko alternatív:

  1. Fluorometrické metódy:

    • Fluorescenčné farbivá ako PicoGreen, Qubit a SYBR Green sa špecificky viažu na dvojvláknovú DNA
    • Citlivejšie ako spektrofotometria (môže detekovať až 25 pg/mL)
    • Menej ovplyvnené kontaminantmi ako proteíny, RNA alebo voľné nukleotidy
    • Vyžaduje fluorometer a špecifické činidlá
  2. Agarózová gélová elektroforéza:

    • DNA môže byť kvantifikovaná porovnaním intenzity pásu so štandardmi známej koncentrácie
    • Poskytuje informácie o veľkosti a integrite DNA súčasne
    • Menej presná ako spektrofotometrické alebo fluorometrické metódy
    • Časovo náročná, ale užitočná na vizuálne potvrdenie
  3. Reálna PCR:

    • Veľmi citlivá metóda na kvantifikáciu špecifických sekvencií DNA
    • Môže detekovať extrémne nízke koncentrácie (až niekoľko kópií)
    • Vyžaduje špecifické priméry a zložitejšie vybavenie
    • Používa sa, keď je potrebná kvantifikácia špecifických sekvencií
  4. Digitálna PCR:

    • Absolútna kvantifikácia bez štandardných kriviek
    • Extrémne presná pre cielené nízkou koncentráciu
    • Drahá a vyžaduje špecializované vybavenie
    • Používa sa na detekciu zriedkavých mutácií a analýzu variácií počtu kópií

História merania koncentrácie DNA

Schopnosť presne merať koncentráciu DNA sa významne vyvinula spolu s pokrokmi v molekulárnej biológii:

Ranné metódy (1950-1960)

Po objavení štruktúry DNA Watsonom a Crickom v roku 1953 začali vedci vyvíjať metódy na izoláciu a kvantifikáciu DNA. Ranné prístupy sa spoliehali na kolorimetrické testy, ako je reakcia s diphenylaminom, ktorá pri reakcii s deoxyribózovými cukrami v DNA vytvárala modrú farbu. Tieto metódy boli relatívne necitlivé a náchylné na rušenie.

Éra spektrofotometrie (1970)

Aplikácia UV spektrofotometrie na kvantifikáciu nukleových kyselín sa stala rozšírenou v 70. rokoch. Vedci objavili, že DNA absorbuje UV svetlo s maximom pri 260 nm a že vzťah medzi absorpciou a koncentráciou bol lineárny v určitom rozsahu. Konverzný faktor 50 ng/μL pre dvojvláknovú DNA pri A260 = 1.0 bol stanovený počas tohto obdobia.

Revolúcia fluorometrie (1980-1990)

Vývoj fluorescenčných farbív špecifických pre DNA v 80. a 90. rokoch revolucionalizoval kvantifikáciu DNA, najmä pre riedke vzorky. Dyes Hoechst a neskôr PicoGreen umožnili oveľa citlivejšie detekcie, než bolo možné so spektrofotometriou. Tieto metódy sa stali obzvlášť dôležitými s príchodom PCR, ktorá často vyžadovala presnú kvantifikáciu miniatúrnych množstiev DNA.

Moderná éra (2000-súčasnosť)

Zavedenie mikrovýkonových spektrofotometrov, ako je NanoDrop, na začiatku 2000-tych rokov transformovalo rutinné kvantifikácie DNA, pretože vyžaduje iba 0.5-2 μL vzorky. Táto technológia eliminovala potrebu zriedení a cuvet, čím sa proces stal rýchlejším a pohodlnejším.

Dnes pokročilé techniky ako digitálna PCR a sekvenovanie novej generácie posunuli hranice kvantifikácie DNA ešte ďalej, umožňujúc absolútnu kvantifikáciu špecifických sekvencií a detekciu jedných molekúl. Základný spektrofotometrický princíp stanovený pred desaťročiami však zostáva základom rutinného merania koncentrácie DNA v laboratóriách po celom svete.

Praktické príklady

Poďme sa pozrieť na niektoré praktické príklady výpočtov koncentrácie DNA:

Príklad 1: Štandardná príprava plasmidu

Výskumník má purifikovaný plasmid a získal nasledujúce merania:

  • A260 čítanie: 0.75
  • Zriedenie: 1:10 (zriediaci faktor = 10)
  • Objem DNA roztoku: 50 μL

Výpočet:

  • Koncentrácia = 0.75 × 50 × 10 = 375 ng/μL
  • Celková DNA = (375 × 50) ÷ 1000 = 18.75 μg

Príklad 2: Extrakcia genomickej DNA

Po extrakcii genomickej DNA z krvi:

  • A260 čítanie: 0.15
  • Žiadne zriedenie (zriediaci faktor = 1)
  • Objem DNA roztoku: 200 μL

Výpočet:

  • Koncentrácia = 0.15 × 50 × 1 = 7.5 ng/μL
  • Celková DNA = (7.5 × 200) ÷ 1000 = 1.5 μg

Príklad 3: Príprava DNA na sekvenovanie

Protokol sekvenovania vyžaduje presne 500 ng DNA:

  • Koncentrácia DNA: 125 ng/μL
  • Požadované množstvo: 500 ng

Potrebný objem = 500 ÷ 125 = 4 μL DNA roztoku

Kódové príklady

Tu sú príklady, ako vypočítať koncentráciu DNA v rôznych programovacích jazykoch:

1' Excel vzorec pre koncentráciu DNA
2=A260*50*ZriediaciFaktor
3
4' Excel vzorec pre celkové množstvo DNA v μg
5=(A260*50*ZriediaciFaktor*Objem)/1000
6
7' Príklad v bunke s A260=0.5, ZriediaciFaktor=2, Objem=100
8=0.5*50*2*100/1000
9' Výsledok: 5 μg
10
Princíp merania koncentrácie DNA Ilustrácia spektrofotometrického merania koncentrácie DNA UV svetlo DNA Vzorka Detektor Výpočet A₂₆₀ × 50 × Zriediaci faktor Beer-Lambertov zákon: A = ε × c × l Kde A = absorpcia, ε = koeficient extinkcie, c = koncentrácia, l = dĺžka dráhy

Často kladené otázky

Aký je rozdiel medzi koncentráciou DNA a čistotou DNA?

Koncentrácia DNA sa týka množstva DNA prítomného v roztoku, zvyčajne meraného v ng/μL alebo μg/mL. Povedie vám, koľko DNA máte, ale neindikuje jej kvalitu. Čistota DNA posudzuje prítomnosť kontaminantov vo vašej vzorke DNA, bežne meraných pomerom absorpcie A260/A280 (pre kontamináciu proteínmi) a A260/A230 (pre kontamináciu organickými zlúčeninami). Čistá DNA má zvyčajne pomer A260/A280 približne 1.8 a pomer A260/A230 2.0-2.2.

Prečo je konverzný faktor odlišný pre DNA, RNA a proteíny?

Konverzné faktory sa líšia, pretože každá biomolekula má jedinečný koeficient extinkcie (schopnosť absorbovať svetlo) v dôsledku svojich rôznych chemických zložením. Dvojvláknová DNA má konverzný faktor 50 ng/μL pri A260=1.0, zatiaľ čo jednoštruktúrová DNA je 33 ng/μL, RNA je 40 ng/μL a proteíny (merané pri 280 nm) sa značne líšia, ale priemerne okolo 1 mg/mL pri A280=1.0. Tieto rozdiely vyplývajú z rôznych zloženia nukleotidov alebo aminokyselín a ich príslušných absorpčných vlastností.

Ako presná je spektrofotometrická kvantifikácia DNA?

Spektrofotometrická kvantifikácia DNA je zvyčajne presná v rámci lineárneho rozsahu (typicky A260 medzi 0.1 a 1.0), s presnosťou približne ±3-5%. Avšak presnosť klesá pri veľmi nízkych koncentráciách (pod 5 ng/μL) a môže byť ovplyvnená kontaminantmi, ako sú proteíny, RNA, voľné nukleotidy alebo určité pufre. Pre veľmi presné merania riedkych vzoriek alebo keď je potrebná vysoká čistota sa odporúčajú fluorometrické metódy ako Qubit alebo PicoGreen, ktoré sú špecifickejšie pre dvojvláknovú DNA.

Ako interpretujem pomer A260/A280?

Pomer A260/A280 naznačuje čistotu vašej vzorky DNA vzhľadom na kontamináciu proteínmi:

  • Pomer približne 1.8 je zvyčajne považovaný za "čistý" pre DNA
  • Pomer nižší ako 1.8 naznačuje kontamináciu proteínmi
  • Pomer vyšší ako 2.0 môže naznačovať kontamináciu RNA
  • pH a iónová sila roztoku môžu tiež ovplyvniť tento pomer

Aj keď je užitočný ako kontrola kvality, pomer A260/A280 nezaručuje funkčnú DNA, pretože iné kontaminanty alebo degradácia DNA nemusia ovplyvniť tento pomer.

Môžem merať koncentráciu DNA v farebných roztokoch?

Meranie koncentrácie DNA v farebných roztokoch pomocou spektrofotometrie môže byť náročné, pretože farba môže absorbovať pri alebo blízko 260 nm, čo narušuje meranie DNA. V takýchto prípadoch:

  1. Vykonajte vlnovú skenovanie (220-320 nm), aby ste skontrolovali abnormálne absorpčné vzory
  2. Použite fluorometrickú metódu ako Qubit, ktorá je menej ovplyvnená farbou vzorky
  3. Ďalej purifikujte DNA, aby ste odstránili farebné zlúčeniny
  4. Aplikujte matematické opravy, ak je známe absorpčné spektrum rušivej zlúčeniny

Aký je minimálny objem potrebný na meranie koncentrácie DNA?

Minimálny objem závisí od použitého prístroja:

  • Tradičné spektrofotometre s cuvetami zvyčajne vyžadujú 50-100 μL
  • Mikrovýkonové spektrofotometre ako NanoDrop potrebujú iba 0.5-2 μL
  • Fluorometrické metódy zvyčajne vyžadujú 1-20 μL vzorky plus objem činidla
  • Mikropanelové čítačky zvyčajne používajú 100-200 μL na jamku

Mikrovýkonové spektrofotometre revolucionalizovali kvantifikáciu DNA tým, že umožnili merania cenných vzoriek s minimálnymi požiadavkami na objem.

Ako vypočítam zriediaci faktor?

Zriediaci faktor sa vypočítava ako:

Zriediaci faktor=Celkovyˊ objem (Vzorka + Zriedenyˊ roztok)Objem vzorky\text{Zriediaci faktor} = \frac{\text{Celkový objem (Vzorka + Zriedený roztok)}}{\text{Objem vzorky}}

Napríklad:

  • Ak pridáte 1 μL DNA do 99 μL pufra, zriediaci faktor je 100
  • Ak pridáte 5 μL DNA do 45 μL pufra, zriediaci faktor je 10
  • Ak použijete nezriedenú DNA, zriediaci faktor je 1

Vždy používajte rovnaký pufor na zriedenie, aký bol použitý na blankovanie spektrofotometra.

Ako previesť medzi rôznymi jednotkami koncentrácie?

Bežné prevody jednotiek koncentrácie DNA:

  • 1 ng/μL = 1 μg/mL
  • 1 μg/mL = 0.001 mg/mL
  • 1 ng/μL = 1000 pg/μL
  • 1 μM 1000 bp DNA fragment ≈ 660 ng/μL

Na prevod z hmotnostnej koncentrácie (ng/μL) na molárnu koncentráciu (nM) pre fragment DNA:

Koncentraˊcia (nM)=Koncentraˊcia (ng/μL)×106Dlˊzˇka DNA (bp)×660\text{Koncentrácia (nM)} = \frac{\text{Koncentrácia (ng/μL)} \times 10^6}{\text{Dĺžka DNA (bp)} \times 660}

Čo môže spôsobiť nepresné merania koncentrácie DNA?

Niekoľko faktorov môže viesť k nepresným meraniam koncentrácie DNA:

  1. Kontaminácia: Proteíny, fenol, guanidín alebo iné extrakčné činidlá môžu ovplyvniť absorpciu
  2. Bubliny: Vzduchové bubliny v svetelnej dráhe môžu spôsobiť chybný výsledok
  3. Degradácia DNA: Fragmentovaná DNA môže mať zmenené absorpčné vlastnosti
  4. Nesprávne blankovanie: Použitie iného pufra na blankovanie ako ten, ktorý bol použitý na rozpuštenie DNA
  5. Nehomogénny roztok: Nedostatočne premiešané vzorky DNA poskytujú nekonzistentné výsledky
  6. Kalibrácia prístroja: Nekalibrované alebo špinavé spektrofotometre produkujú nespolehlivé výsledky
  7. Merania mimo lineárneho rozsahu: Veľmi vysoké alebo veľmi nízke hodnoty absorpcie nemusia byť presné

Môžem použiť túto kalkulačku na koncentráciu RNA?

Aj keď je táto kalkulačka optimalizovaná pre dvojvláknovú DNA (používajúca konverzný faktor 50 ng/μL), môžete ju prispôsobiť pre RNA takto:

  1. Zmerajte A260 ako obvykle
  2. Násobte 40 namiesto 50 (konverzný faktor špecifický pre RNA)
  3. Aplikujte zriediaci faktor

Vzorec pre RNA by bol: Koncentraˊcia RNA (ng/μL)=A260×40×Zriediaci faktor\text{Koncentrácia RNA (ng/μL)} = A_{260} \times 40 \times \text{Zriediaci faktor}

Odkazy

  1. Gallagher, S. R., & Desjardins, P. R. (2006). Kvantifikácia DNA a RNA s absorpciou a fluorescenčnou spektroskopiou. Current Protocols in Molecular Biology, 76(1), A-3D.

  2. Sambrook, J., & Russell, D. W. (2001). Molekulárne klonovanie: laboratórny manuál (3. vyd.). Cold Spring Harbor Laboratory Press.

  3. Manchester, K. L. (1995). Hodnota pomerov A260/A280 na meranie čistoty nukleových kyselín. BioTechniques, 19(2), 208-210.

  4. Wilfinger, W. W., Mackey, K., & Chomczynski, P. (1997). Vplyv pH a iónovej sily na spektrofotometrické hodnotenie čistoty nukleových kyselín. BioTechniques, 22(3), 474-481.

  5. Desjardins, P., & Conklin, D. (2010). NanoDrop mikrovýkonová kvantifikácia nukleových kyselín. Journal of Visualized Experiments, (45), e2565.

  6. Nakayama, Y., Yamaguchi, H., Einaga, N., & Esumi, M. (2016). Úskalia kvantifikácie DNA pomocou fluorescenčných farbív a navrhnuté riešenia. PLOS ONE, 11(3), e0150528.

  7. Thermo Fisher Scientific. (2010). Hodnotenie čistoty nukleových kyselín. T042-Technical Bulletin.

  8. Huberman, J. A. (1995). Dôležitosť merania absorpcie nukleových kyselín pri 240 nm, ako aj pri 260 a 280 nm. BioTechniques, 18(4), 636.

  9. Warburg, O., & Christian, W. (1942). Izolácia a kryštalizácia enolázy. Biochemische Zeitschrift, 310, 384-421.

  10. Glasel, J. A. (1995). Platnosť čistôt nukleových kyselín monitorovaných pomerom 260nm/280nm. BioTechniques, 18(1), 62-63.

Pripravení vypočítať svoju koncentráciu DNA? Použite našu kalkulačku vyššie, aby ste okamžite získali presné výsledky. Jednoducho zadajte svoje čítanie absorpcie, objem a zriediaci faktor, aby ste určili ako koncentráciu, tak aj celkové množstvo DNA vo vašej vzorke.