聚合酶链式反应(pcr)是一种用于放大扩增特定的dna片段的分子生物学技术,它可看作是生物体外的特殊dna复制,pcr的最大特点是能将微量的dna大幅增加。
1、背景
dna的半保留复制是生物进化和传代的重要途径。双链dna在多种酶的作用下可以变性解旋成单链,在dna聚合酶的参与下,根据碱基互补配对原则复制成同样的两分子拷贝。在实验中发现,dna在高温时也可以发生变性解链,当温度降低后又可以复性成为双链。因此,通过温度变化控制dna的变性和复性,加入设计引物,dna聚合酶、dntp就可以完成特定基因的体外复制。
但是,dna聚合酶在高温时会失活,因此,每次循环都得加入新的dna聚合酶,不仅操作烦琐,而且价格昂贵,制约了pcr技术的应用和发展。
耐热dna聚合酶-taq酶的发现对于pcr的应用有里程碑的意义,该酶可以耐受90℃以上的高温而不失活,不需要每个循环加酶,使pcr技术变得非常简捷、同时也大大降低了成本,pcr技术得以大量应用,并逐步应用于临床。
2、原理
pcr技术的基本原理类似于dna的天然复制过程,其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。
pcr由变性-退火-延伸三个基本反应步骤构成:
1)、模板dna的变性:模板dna经加热至93℃左右一定时间后,使模板dna双链或经pcr扩增形成的双链dna解离,使之成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应作准备;
2)、模板dna与引物的退火(复性):模板dna经加热变性成单链后,温度降至55℃左右,引物与模板dna单链的互补序列配对结合;
3)、引物的延伸:dna模板-引物结合物在72℃、dna聚合酶(如taqdna聚合酶)的作用下,以dntp为反应原料,靶序列为模板,按碱基互补配对与半保留复制原理,合成一条新的与模板dna链互补的半保留复制链。
重复循环变性-退火-延伸三过程就可获得更多的“半保留复制链”,而且这种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环需2~4分钟,2~3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。
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