2019年高考一輪複習生物知識點：PCR擴增原理
2018-10-27 13:16:48 來源：網絡資源
PCR擴增原理
聚合酶鏈式反應(Polymerase Chain Reaction)
DNA聚合酶（DNA polymerase I）最早於1955年發現 ，而較具有實驗價值及實用性的Klenow fragment of E. Coli 則是於70年代的初期由Dr. H. Klenow 所發現，但由於此酶不耐高溫，高溫能使之變性, 因此不符合使用高溫變性的聚合酶鏈式反應。現今所使用的酶(簡稱 Taq polymerase), 則是於1976年從 溫泉中的細菌（Thermus aquaticus）分離出來的。它的特性就在於能耐高溫，是一個很理想的 酶，但它被廣泛運用則於80年代之後。PCR最初的原始雛形概念是類似基因修復複製，它是於1971年由 Dr. Kjell Kleppe 提出。他發表了第一個單純且短暫性基因複製（類似PCR前兩個周期反應）的實驗。而現今所發展出來的PCR則於1983由 Dr. Kary B. Mullis發展出的，Dr. Mullis當年服務於PE公司，因此PE公司在PCR界有著特殊的地位。Dr. Mullis 並於1985年與 Saiki 等人正式表了第一篇相關的論文。此後，PCR的運用一日千裡，相關的論文發表質量可以說是令眾多其它研究方法難望其項背。隨後PCR技術在生物科研和臨床應用中得以廣泛應用，成為分子生物學研究的最重要技術。Mullis也因此獲得了1993年諾貝爾化學獎。
［PCR原理］
DNA的半保留複製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鏈成單鏈，在DNA聚合酶與啟動子的參與下，根據鹼基互補配對原則複製成同樣的兩分子挎貝。在實驗中發現，DNA在高溫時也可以發生變性解鏈，當溫度降低後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，並設計引物做啟動子，加入DNA聚合酶、dNTP就可以完成特定基因的體外複製。
但是，DNA聚合酶在高溫時會失活，因此，每次循環都得加入新的DNA聚合酶，不僅操作煩瑣，而且價格昂貴，制約了PCR技術的應用和發展。
發現耐熱DNA聚合同酶--Taq酶對於PCR的應用有裡程碑的意義，該酶可以耐受90℃以上的高溫而不失活，不需要每個循環加酶，使PCR技術變得非常簡捷、同時也大大降低了成本，PCR技術得以大量應用，並逐步應用於臨床。
［PCR步驟］
標準的PCR過程分為三步：
1.DNA變性（90℃-96℃）：雙鏈DNA模板在熱作用下， 氫鍵斷裂，形成單鏈DNA
2.退火（25℃-65℃）：系統溫度降低，引物與DNA模板結合，形成局部雙鏈。
3.延伸（70℃-75℃）：在Taq酶（在72℃左右最佳的活性）的作用下，以dNTP為原料，從引物的5′端→3′端延伸，合成與模板互補的DNA鏈。
每一循環經過變性、退火和延伸，DNA含量既增加一倍。如圖所示：