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PCR,全称Polymerase Chain Reaction,中文名即聚合酶链式反应。其本质是,在体外环境中,以DNA为模板,以脱氧核苷三磷酸(dNTP)为原料,在含有镁离子的缓冲体系中,利用DNA聚合酶特异性的扩增特定的DNA,主要包含变性,退火,延伸三个过程。
1.为什么高温。DNA的扩增在体内环境中进行复制,是由多种酶参与。由于DNA在体内呈双螺旋状态甚至还有超螺旋形式的三级结构,因此DNA在体内复制时首先需要DNA拓扑异构酶解开超螺旋,再由DNA解旋酶解开双螺旋结构,而后DNA聚合酶等识别并结合启动复制。
而在体外环境中,双螺旋DNA具有一种特殊的物理性质,即变性复性。随环境温度升高双螺旋DNA会自主的解开自身的双螺旋结构成为两条单链,这个过程成为变性;而后温度下降也会再次结合恢复成双螺旋结构。这个特性使得DNA的体外扩增的实现有了可能。
2.为什么不用普通DNA聚合酶。大部分的酶随温度的增加其活性也随之增加,但到了一定的高温,酶的蛋白质结构受到影响,不可逆的失活,因此常规的DNA聚合酶无法撑过体外的DNA变性升温过程,所以最开始每一轮变性结束后加入酶液。
科学家们在一处火山地带的生物群中发现一种细菌,即水生栖热菌 Thermus Aquaticus ( Taq ),从中分离出的具有热稳定性的DNA聚合酶,即Taq酶。这种酶因为具有热稳定性,可以撑过95℃的DNA变性区间,恢复到55-60℃的退火以及70℃左右的延伸仍然具有DNA聚合酶活性。
这种酶的应用使得PCR过程只需要在一开始加入酶液,不用每轮扩增添加。
3.如何进行循环。
4.引物可再生问题。引物不可再生,是体系配置时统一加进去,根据DNA复制的特点,添加5'端配对的前向引物(Forward引物,F'引物)和3'端配对的反向引物(Reverse引物,R'引物)。引物浓度有一定要求,太低影响产物产量,太高会形成引物二聚体阻碍扩增。 |
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