PCR全稱多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（polymerase chain reaction），是一種非常強(qiáng)大的技術(shù)，可以通過(guò)一種非常簡(jiǎn)單但是高效的方法來(lái)復(fù)制DNA，它可看作是生物體外的特殊DNA復(fù)制，PCR的最大特點(diǎn)是能將微量的DNA大幅增加。
復(fù)制DNA必要性：
DNA復(fù)制是很多研究的基礎(chǔ)，例如，當(dāng)我們對(duì)RNA進(jìn)行測(cè)序時(shí)，必須先將RNA轉(zhuǎn)化為DNA，并進(jìn)行大量復(fù)制。在對(duì)于某個(gè)人進(jìn)行基因組測(cè)序時(shí)，我們不能對(duì)于某個(gè)細(xì)胞或者單個(gè)分子進(jìn)行測(cè)序。測(cè)序的基礎(chǔ)要求擁有大量的相同的DNA分子拷貝，因此，DNA復(fù)制是做生物研究中的基礎(chǔ)工具。那么怎么獲取這么多拷貝呢？PCR正是一個(gè)復(fù)印機(jī)一般的存在，利用DNA的幾個(gè)特性，成為批量復(fù)制DNA的方法。
PCR原理及步驟：
說(shuō)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(duì)，C與G配對(duì)，DNA粘附特性是PCR的核心原理。同時(shí)DNA復(fù)制時(shí)也是具有方向性的，DNA序列的開(kāi)始端稱為5‘端，末端稱為3’端。
在復(fù)制時(shí)，需要加入一種叫做引物（primers）的東西。可以將引物理解為一個(gè)短序列，下圖中紅色的部分就是引物。引物通常15到20個(gè)堿基，可以短一些，也可以長(zhǎng)一些。但是必須和我們想合成的DNA片段成互補(bǔ)關(guān)系。將引物與DNA鏈混合時(shí)，會(huì)自動(dòng)粘在上面，因?yàn)樗麄兪腔パa(bǔ)的。引物獲得可以從公司訂購(gòu)，后續(xù)有機(jī)會(huì)我們也會(huì)分享引物設(shè)計(jì)方法。
PCR過(guò)程分三步：
變性--退火--延伸，PCR中會(huì)對(duì)這三步循環(huán)播放。
A. 變性
在開(kāi)始準(zhǔn)備變性的過(guò)程中，要慢慢加熱混合物，加熱混合物時(shí)，兩條鏈間氫鍵會(huì)融化，DNA兩股鏈會(huì)分開(kāi)，就像上圖粉色的部分。如果混合物熱的情況下，引物不會(huì)和DNA黏在一起，兩條DNA鏈也不會(huì)黏在一起。
B. 退火
接下來(lái)混合物慢慢的冷卻，這時(shí)引物會(huì)黏在DNA上，因?yàn)橐镙^小，更容易漂浮起來(lái)，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(bǔ)配對(duì)，而DNA雙鏈不會(huì)黏在一起。
C. 延伸
這一步我們需要一個(gè)幫助DNA復(fù)制的工具，即聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)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(wàn)物生，這也是我們身體各個(gè)細(xì)胞中用來(lái)復(fù)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(kāi)始進(jìn)行復(fù)制。也就是說(shuō)聚合酶會(huì)先找到引物，開(kāi)始沿著引物進(jìn)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(huì)被補(bǔ)齊。這一步中會(huì)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(bǔ)的半保留復(fù)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(gè)周期后，我們會(huì)獲得四條鏈，兩個(gè)周期后獲得8條鏈，30個(gè)周期后，會(huì)獲得10億條DNA鏈。
DNA 復(fù)制所需的基本要素：
DNA 的半保留復(fù)制是生物進(jìn)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(bǔ)配對(duì)原則復(fù)制成同樣的兩分子拷貝。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，DNA 在高溫時(shí)也可以發(fā)生變性解鏈，當(dāng)溫度降低后又可以復(fù)性成為雙鏈。因此，通過(guò)溫度變化控制 DNA 的變性和復(fù)性，加入設(shè)計(jì)引物，DNA 聚合酶，dNTP 就可以完成特定基因的體外復(fù)制，這是 PCR 的理論基礎(chǔ)。PCR 反應(yīng)是在體外模擬 DNA 的復(fù)制過(guò)程，因此反應(yīng)體系中必須具有 DNA 復(fù)制所需的基本要素：
1、模板（template），含有需要擴(kuò)增的 DNA 片段。
2、引物（primer），一對(duì)引物決定了需要擴(kuò)增的起始和終止位置。
3、聚合酶（polymerase ），DNA 聚合酶復(fù)制需要擴(kuò)增的區(qū)域。
4、脫氧核苷三磷酸（dNTP），用于構(gòu)造新的互補(bǔ)鏈。
5、緩沖液（buffer），提供適合聚合酶行使功能的化學(xué)環(huán)境。
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