聚合酶链式反应

聚合酶链式反应 (PCR) 是一种广泛用于快速制作特定 DNA 样本的数百万至数十亿份（完整或部分）拷贝的方法，使科学家能够获取非常小的 DNA 样本并对其（或部分）进行扩增 ) 足够大的数量来详细研究。

PCR 是基因检测和研究中使用的许多程序的基础，包括分析古代 DNA 样本和鉴定传染原。 使用 PCR，极少量 DNA 序列的拷贝在一系列温度变化循环中呈指数级扩增。 PCR 现在是医学实验室研究中常用且通常不可或缺的技术，其应用范围广泛，包括生物医学研究和刑事取证。

大多数 PCR 方法依赖于热循环。 热循环使反应物暴露在反复的加热和冷却循环中，以允许不同的温度依赖性反应——特别是 DNA 熔化和酶驱动的 DNA 复制。 PCR 使用两种主要试剂——引物（它们是称为寡核苷酸的短单链 DNA 片段，是目标 DNA 区域的互补序列）和 DNA 聚合酶。 在 PCR 的xxx步中，DNA 双螺旋的两条链在称为核酸变性的过程中在高温下物理分离。 在第二步中，温度降低，引物与 DNA 的互补序列结合。 然后，两条 DNA 链成为 DNA 聚合酶的模板，以酶促方式从游离核苷酸（DNA 的组成部分）组装一条新的 DNA 链。 随着 PCR 的进行，生成的 DNA 本身被用作复制的模板，启动了链式反应，其中原始 DNA 模板呈指数级放大。

几乎所有的 PCR 应用都使用热稳定的 DNA 聚合酶，例如 Taq 聚合酶，这是一种最初从嗜热细菌 Thermus aquaticus 中分离出来的酶。 如果使用的聚合酶是热敏感的，它会在变性步骤的高温下变性。 在使用 Taq 聚合酶之前，每个循环都必须手动添加 DNA 聚合酶，这是一个繁琐且昂贵的过程。

该技术的应用包括用于测序的 DNA 克隆、基因克隆和操作、基因诱变； 构建基于 DNA 的系统发育，或基因功能分析； 遗传疾病的诊断和监测； 古代DNA的扩增； 分析用于 DNA 分析的遗传指纹（例如，在法医学和亲子鉴定中）； 用于传染病诊断的核酸检测中病原体的检测。

PCR 扩增 DNA 链的特定区域（目标 DNA）。 大多数 PCR 方法可扩增长度在 0.1 到 10 千碱基对 (kbp) 之间的 DNA 片段，但有些技术允许扩增长达 40 kbp 的片段。 扩增产物的量由反应中可用的底物决定，随着反应的进行而变得有限。

基本的 PCR 设置需要多种成分和试剂，包括：

• 包含要扩增的 DNA 目标区域的 DNA 模板
• 一种DNA聚合酶； 聚合新 DNA 链的酶； 耐热的 Taq 聚合酶尤为常见，因为它更可能在高温 DNA 变性过程中保持完整
• 两个 DNA 引物，与 DNA 靶标的每条有义链和反义链的 3'（三个引物）末端互补（DNA 聚合酶只能结合 DNA 双链区域并从中延伸 ; 没有引物，就没有聚合酶可以结合的双链起始位点）； 预先选择与 DNA 目标区域互补的特异性引物，通常在实验室定制或从商业生化供应商处购买

• 脱氧核苷三磷酸，或 dNTP（有时称为脱氧核苷三磷酸；含有三磷酸基团的核苷酸），DNA 聚合酶合成新 DNA 链的构建单元
• 为 DNA 聚合酶的最佳活性和稳定性提供合适化学环境的缓冲溶液
• 二价阳离子，通常是镁(Mg)或锰(Mn)离子； Mg2+ 是最常见的，但 Mn2+ 可用于 PCR 介导的 DNA 诱变，因为较高的 Mn2+ 浓度会增加 DNA 合成过程中的错误率； 和单价阳离子，通常是钾 (K) 离子

该反应通常在热循环仪中的小反应管（0.2-0.5 mL 体积）中以 10-200 μL 的体积进行。