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2023/10/23 10:37:04你知道PCR技术的基本原理、各步骤的目的是什么吗?让我们一起来看看吧!
一、PCR技术基本原理
PCR是一种选择性体外快速扩增DNA片段的方法。在体外以类似于细胞内DNA的半保留复制过程,以拟扩增的模板DNA分子,与模板DNA互补的寡核苷酸引物、DNA聚合酶、4种dNTP及适合的缓冲体系组成的反应体系,经过重复地变性一退火一延伸三步,扩增新的目的DNA链,这个过程通过控制反应体系的温度来实现。
PCR包含下列三步反应:
1、变性(denaturation)
将反应体系混合物经加热至94℃左右,维持较短的时间,使双链DNA变成单链DNA,便于下一步引物的结合。
2、退火(annealing)
将反应体系温度下降到特定温度(一般是引物的Tm值以下),引物与DNA模板以碱基互补的方式结合,形成模板-引物杂交双链。退火温度是保证引物与DNA模板互补结合的关键。由于引物结构简单,加之引物量远远大于模板DNA的数量,所以DNA模板单链之间的互补结合很少。
3、延伸(elongation)
将反应体系的温度上升到72℃左右并维持一段时间,在Taq DNA聚合酶的作用下,以引物为起始点,以4种单核苷酸(dNTP)为底物,从5'→3'方向延伸反应,合成新的DNA双链。
以上三步反应为一个循环,重复进行变性、退火、延伸这三步反应,如此反复循环可以使DNA以指数形式进行扩增。上述过程1.5小时左右完成,从而使所需的目的DNA片段扩增放大百万倍。
二、PCR各步骤目的
1、预变性
破坏DNA中可能存在较难破坏的二级结构。使DNA充分变性,减少DNA复杂结构对扩增的影响,以利于引物更好地和模板结合,特别是对于基因组来源的DNA模板,最好不要省去这个步骤。此外,在一些使用热启动Taq酶的反应中,还可激活Taq酶,从而使PCR反应得以顺利进行。
2、变性一退火一延伸循环
(1)模板DNA的变性
模板DNA经加热至93℃左右一定时间后,使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双徒DNA解离,使之成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应做准备。
(2)模板DNA与引物的退火(复性)
模板DNA经加热变性成单链后,温度降至55℃左右,引物与模板DNA单链的互补序列配对结合。
(3)引物的延伸
DNA模板—引物结合物在TaqDNA聚合酶的作用下,以dNTP为反应原料,靶序列为模板,按碱基配对与半保留复制原理,合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链。
3、PCR仪扩增循环后72℃延伸10分钟
用PCR仪扩增时,变性一退火一延伸循环完成后,继续72℃延伸10分钟的原因是:
(1)在反应体系一定的条件下,延伸时间取决于待扩增DNA片段的长度。例如,使用Taq DNA聚合酶,72℃时的碱基掺入率为35~100bp/s,因此延伸速率为1kb/min。
(2)根据延伸速率推得,扩增1kb以内的DNA片段1分钟即可,而3~4kb则需要3~4分钟,依次类推。通常,在最后一轮要适当地将延伸时间延长至4~10分钟,这样做是使PCR反应wan全以提高扩增产量。
(3)继续72℃延伸10分钟除了可以使PCR反应wan全以提高扩增产量外,还有一个作用是:在用普通Taq酶进行PCR扩增时在产物末端加A尾的作用,可以直接用于TA克隆的进行。
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