上海西格生物科技有限公司
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资讯推送：PCR反应DNA 复制探究
人阅读 发布时间：2024-01-02 15:53
PCR全称多聚酶链式反应（polymerase chain reaction），是一种非常强大的技术，可以通过一种非常简单但是高效的方法来复制DNA，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。
复制DNA必要性：
DNA复制是很多研究的基础，例如，当我们对RNA进行测序时，必须先将RNA转化为DNA，并进行大量复制。在对于某个人进行基因组测序时，我们不能对于某个细胞或者单个分子进行测序。测序的基础要求拥有大量的相同的DNA分子拷贝，因此，DNA复制是做生物研究中的基础工具。那么怎么获取这么多拷贝呢？PCR正是一个复印机一般的存在，利用DNA的几个特性，成为批量复制DNA的方法。
PCR原理及步骤：
说到原理，我们就要回顾一下DNA结构：
DNA分子两条单链以双螺旋结构结成，DNA两条链拥有自行粘附的特性，A与T配对，C与G配对，DNA粘附特性是PCR的核心原理。同时DNA复制时也是具有方向性的，DNA序列的开始端称为5‘端，末端称为3’端。
在复制时，需要加入一种叫做引物（primers）的东西。可以将引物理解为一个短序列，下图中红色的部分就是引物。引物通常15到20个碱基，可以短一些，也可以长一些。但是必须和我们想合成的DNA片段成互补关系。将引物与DNA链混合时，会自动粘在上面，因为他们是互补的。引物获得可以从公司订购，后续有机会我们也会分享引物设计方法。
PCR过程分三步：
变性--退火--延伸，PCR中会对这三步循环播放。
A. 变性
在开始准备变性的过程中，要慢慢加热混合物，加热混合物时，两条链间氢键会融化，DNA两股链会分开，就像上图粉色的部分。如果混合物热的情况下，引物不会和DNA黏在一起，两条DNA链也不会黏在一起。
B. 退火
接下来混合物慢慢的冷却，这时引物会黏在DNA上，因为引物较小，更容易漂浮起来，和DNA结合。温度控制在54摄氏度左右可以保证引物序列和DNA互补配对，而DNA双链不会黏在一起。
C. 延伸
这一步我们需要一个帮助DNA复制的工具，即聚合酶链式反应中的聚合酶（polymerase）。下图中绿色的图形就代表着DNA聚合酶，所到之处万物生，这也是我们身体各个细胞中用来复制DNA的工具。聚合酶的作用方式也非常生猛，直接找到部分单链，部分双链的地方，咬住那里的序列开始进行复制。也就是说聚合酶会先找到引物，开始沿着引物进行缺失的序列填充。如下图中看到的，在一轮填充序列后，引物所在的链条（橙色链）会被补齐。这一步中会加入As, Cs, Gs和Ts这些DNA原材料，这样可以把他们整合到新的与模板DNA 链互补的半保留复制链。这一步的温度稍微高一些，大概是72摄氏度。最初我们加入的是双链DNA，在一个周期后，我们会获得四条链，两个周期后获得8条链，30个周期后，会获得10亿条DNA链。
DNA 复制所需的基本要素：
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，这是 PCR 的理论基础。PCR 反应是在体外模拟 DNA 的复制过程，因此反应体系中必须具有 DNA 复制所需的基本要素：
1、模板（template），含有需要扩增的 DNA 片段。
2、引物（primer），一对引物决定了需要扩增的起始和终止位置。
3、聚合酶（polymerase ），DNA 聚合酶复制需要扩增的区域。
4、脱氧核苷三磷酸（dNTP），用于构造新的互补链。
5、缓冲液（buffer），提供适合聚合酶行使功能的化学环境。
复制DNA必要性：
DNA复制是很多研究的基础，例如，当我们对RNA进行测序时，必须先将RNA转化为DNA，并进行大量复制。在对于某个人进行基因组测序时，我们不能对于某个细胞或者单个分子进行测序。测序的基础要求拥有大量的相同的DNA分子拷贝，因此，DNA复制是做生物研究中的基础工具。那么怎么获取这么多拷贝呢？PCR正是一个复印机一般的存在，利用DNA的几个特性，成为批量复制DNA的方法。
PCR原理及步骤：
说到原理，我们就要回顾一下DNA结构：
DNA分子两条单链以双螺旋结构结成，DNA两条链拥有自行粘附的特性，A与T配对，C与G配对，DNA粘附特性是PCR的核心原理。同时DNA复制时也是具有方向性的，DNA序列的开始端称为5‘端，末端称为3’端。
在复制时，需要加入一种叫做引物（primers）的东西。可以将引物理解为一个短序列，下图中红色的部分就是引物。引物通常15到20个碱基，可以短一些，也可以长一些。但是必须和我们想合成的DNA片段成互补关系。将引物与DNA链混合时，会自动粘在上面，因为他们是互补的。引物获得可以从公司订购，后续有机会我们也会分享引物设计方法。
PCR过程分三步：
变性--退火--延伸，PCR中会对这三步循环播放。
A. 变性
在开始准备变性的过程中，要慢慢加热混合物，加热混合物时，两条链间氢键会融化，DNA两股链会分开，就像上图粉色的部分。如果混合物热的情况下，引物不会和DNA黏在一起，两条DNA链也不会黏在一起。
B. 退火
接下来混合物慢慢的冷却，这时引物会黏在DNA上，因为引物较小，更容易漂浮起来，和DNA结合。温度控制在54摄氏度左右可以保证引物序列和DNA互补配对，而DNA双链不会黏在一起。
C. 延伸
这一步我们需要一个帮助DNA复制的工具，即聚合酶链式反应中的聚合酶（polymerase）。下图中绿色的图形就代表着DNA聚合酶，所到之处万物生，这也是我们身体各个细胞中用来复制DNA的工具。聚合酶的作用方式也非常生猛，直接找到部分单链，部分双链的地方，咬住那里的序列开始进行复制。也就是说聚合酶会先找到引物，开始沿着引物进行缺失的序列填充。如下图中看到的，在一轮填充序列后，引物所在的链条（橙色链）会被补齐。这一步中会加入As, Cs, Gs和Ts这些DNA原材料，这样可以把他们整合到新的与模板DNA 链互补的半保留复制链。这一步的温度稍微高一些，大概是72摄氏度。最初我们加入的是双链DNA，在一个周期后，我们会获得四条链，两个周期后获得8条链，30个周期后，会获得10亿条DNA链。
DNA 复制所需的基本要素：
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，这是 PCR 的理论基础。PCR 反应是在体外模拟 DNA 的复制过程，因此反应体系中必须具有 DNA 复制所需的基本要素：
1、模板（template），含有需要扩增的 DNA 片段。
2、引物（primer），一对引物决定了需要扩增的起始和终止位置。
3、聚合酶（polymerase ），DNA 聚合酶复制需要扩增的区域。
4、脱氧核苷三磷酸（dNTP），用于构造新的互补链。
5、缓冲液（buffer），提供适合聚合酶行使功能的化学环境。
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