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PCR反應DNA 復制過程解讀
閱讀：520 發(fā)布時間：2025-1-21 PCR全稱多聚酶鏈式反應（polymerase chain reaction）,，是一種非常強大的技術(shù),，可以通過一種非常簡單但是高效的方法來復制DNA,，它可看作是生物體外的特殊DNA復制,，PCR的最大特點是能將微量的DNA大幅增加,。
復制DNA必要性：
DNA復制是很多研究的基礎，例如,，當我們對RNA進行測序時,，必須先將RNA轉(zhuǎn)化為DNA，并進行大量復制,。在對于某個人進行基因組測序時,，我們不能對于某個細胞或者單個分子進行測序。測序的基礎要求擁有大量的相同的DNA分子拷貝,，因此,，DNA復制是做生物研究中的基礎工具。那么怎么獲取這么多拷貝呢,？PCR正是一個復印機一般的存在,，利用DNA的幾個特性，成為批量復制DNA的方法,。
PCR原理及步驟：
說到原理,，我們就要回顧一下DNA結(jié)構(gòu)：
DNA分子兩條單鏈以雙螺旋結(jié)構(gòu)結(jié)成，DNA兩條鏈擁有自行粘附的特性,，A與T配對,，C與G配對，DNA粘附特性是PCR的核心原理,。同時DNA復制時也是具有方向性的,，DNA序列的開始端稱為5‘端，末端稱為3’端。
在復制時,，需要加入一種叫做引物（primers）的東西,。可以將引物理解為一個短序列,，下圖中紅色的部分就是引物,。引物通常15到20個堿基，可以短一些,，也可以長一些,。但是必須和我們想合成的DNA片段成互補關(guān)系。將引物與DNA鏈混合時,，會自動粘在上面,，因為他們是互補的。引物獲得可以從公司訂購,，后續(xù)有機會我們也會分享引物設計方法,。
PCR過程分三步：
變性--退火--延伸，PCR中會對這三步循環(huán)播放,。
A. 變性
在開始準備變性的過程中,，要慢慢加熱混合物，加熱混合物時,，兩條鏈間氫鍵會融化,，DNA兩股鏈會分開，就像上圖粉色的部分,。如果混合物熱的情況下,，引物不會和DNA黏在一起，兩條DNA鏈也不會黏在一起,。
B. 退火
接下來混合物慢慢的冷卻,，這時引物會黏在DNA上，因為引物較小,，更容易漂浮起來,，和DNA結(jié)合。溫度控制在54攝氏度左右可以保證引物序列和DNA互補配對,，而DNA雙鏈不會黏在一起,。
C. 延伸
這一步我們需要一個幫助DNA復制的工具，即聚合酶鏈式反應中的聚合酶（polymerase）,。下圖中綠色的圖形就代表著DNA聚合酶,，所到之處萬物生，這也是我們身體各個細胞中用來復制DNA的工具,。聚合酶的作用方式也非常生猛,，直接找到部分單鏈,，部分雙鏈的地方，咬住那里的序列開始進行復制,。也就是說聚合酶會先找到引物,，開始沿著引物進行缺失的序列填充。如下圖中看到的,，在一輪填充序列后,，引物所在的鏈條（橙色鏈）會被補齊。這一步中會加入As, Cs, Gs和Ts這些DNA原材料,，這樣可以把他們整合到新的與模板DNA 鏈互補的半保留復制鏈,。這一步的溫度稍微高一些，大概是72攝氏度,。最初我們加入的是雙鏈DNA,，在一個周期后,，我們會獲得四條鏈,，兩個周期后獲得8條鏈，30個周期后,，會獲得10億條DNA鏈,。
DNA 復制所需的基本要素：
DNA 的半保留復制是生物進化和傳代的重要途徑。雙鏈 DNA 在多種酶的作用下可以變性解旋成單鏈,，在 DNA 聚合酶的參與下,，根據(jù)堿基互補配對原則復制成同樣的兩分子拷貝。在實驗中發(fā)現(xiàn),，DNA 在高溫時也可以發(fā)生變性解鏈,，當溫度降低后又可以復性成為雙鏈。因此,，通過溫度變化控制 DNA 的變性和復性,，加入設計引物，DNA 聚合酶,，dNTP 就可以完成特定基因的體外復制,，這是 PCR 的理論基礎。PCR 反應是在體外模擬 DNA 的復制過程,，因此反應體系中必須具有 DNA 復制所需的基本要素：
1,、模板（template），含有需要擴增的 DNA 片段,。
2,、引物（primer），一對引物決定了需要擴增的起始和終止位置,。
3,、聚合酶（polymerase ），DNA 聚合酶復制需要擴增的區(qū)域。
4,、脫氧核苷三磷酸（dNTP）,，用于構(gòu)造新的互補鏈。
5,、緩沖液（buffer）,，提供適合聚合酶行使功能的化學環(huán)境。