什么是PCR?主要的技术步骤是什么?
PCR即聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction)的缩写,它是体外酶促合成特异DNA片段的方法。这一方法的要点是合成两个分别互补于待扩增DNA片段两端的小片段引物,在含有引物、待扩增DNA模板核苷酸底物和DNA多聚酶的反应体系中DNA复制反复进行,在短时间内可以取得大量扩增产物。其原理是寡聚核苷酸链引物在DNA聚合酶的作用下沿模板延伸,合成两个与靶DNA两侧序列互补的引物,在体外进行靶DNA的重复合成。
主要的技术步骤是:
(1)DNA变性 加热使靶DNA序列双链解离成单链DNA。
(2)引物与靶DNA退火 适当降低温度,使两个引物分别结合成靶DNA两条的3′末端向5′末端延伸。
(3)引物延伸 在DNA聚合酶的催化下,引物沿着靶DNA3′末端向5′末端延伸。新合成的DNA链在变性解离后,又可作为模板与引物杂交,并且在DNA聚合酶的催化下,引导合成新的靶DNA链。如此反复进行以上3个步骤,即可使靶DNA片段指数性扩增。
如何理解pcr扩增的原理和过程
pcr扩增的原理:
是以单链DNA为模板,4种dNTP为底物,在模板3’末端有引物存在的情况下,用酶进行互补链的延伸,多次反复的循环能使微量的模板DNA得到极大程度的扩增。在微量离心管中,加入与待扩增的DNA片段两端已知序列分别互补的两个引物、适量的缓冲液、微量的DNA膜板、四种dNTP溶液、耐热Taq DNA聚合酶、Mg2+等。反应时先将上述溶液加热,使模板DNA在高温下变性,双链解开为单链状态;然后降低溶液温度,使合成引物在低温下与其靶序列配对,形成部分双链,称为退火;再将温度升至合适温度,在Taq DNA
聚合酶的催化下,以dNTP为原料,引物沿5’→3’方向延伸,形成新的DNA片段,该片段又可作为下一轮反应的模板,如此重复改变温度,由高温变性、低温复性和适温延伸组成一个周期,反复循环,使目的基因得以迅速扩增。因此PCR循环过程为三部分构成:模板变性、引物退火、热稳定DNA聚合酶在适当温度下催化DNA链延伸合成。
pcr扩增的过程:
PCR由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成:
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扩增形成的双链DNA解离,使之成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应作准备;
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;
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,重复循环变性--退火--延伸三过程,就可获得更多的“半保留复制链”,而且这种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环需 2~4分钟,2~3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。到达平台期(Plateau)所需循环次数取决于样品中模板的拷贝。
PCR的反应动力学 PCR的三个反应步骤反复进行,使DNA扩增量呈指数上升。反应最终的DNA 扩增量可用Y=(1+X)n计算。Y代表DNA片段扩增后的拷贝数,X表示平(Y)均每次的扩增效率,n代表循环次数。平均扩增效率的理论值为100%, 但在实际反应中平均效率达不到理论值。反应初期,靶序列DNA片段的增加呈指数形式,随着PCR产物的逐渐积累,被扩增的DNA片段不再呈指数增加,而进 入线性增长期或静止期,即出现“停滞效应”,这种效应称平台期数、PCR扩增效率及DNA聚合酶PCR的种类和活性及非特异性产物的竞争等因素。大多数情况下,平台期的到来是不可避免的。
PCR技术的操作步骤。
聚合酶链式反应是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术,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。因此,无论是化石中的古生物、历史人物的残骸,还是几十年前凶杀案中凶手所遗留的毛发、皮肤或血液,只要能分离出一丁点的DNA,就能用PCR加以放大,进行比对。这也是“微量证据”的威力之所在。由1983年美国Mullis首先提出设想,1985年由其发明了聚合酶链反应,即简易DNA扩增法,意味着PCR技术的真正诞生。到如今2013年,PCR已发展到第三代技术。1973 年,台湾科学家钱嘉韵,发现了稳定的Taq DNA聚合酶,为PCR技术发展也做出了基础性贡献。
PCR(聚合酶链式反应)是利用DNA在体外摄氏95°高温时变性会变成单链,低温(经常是60°C左右)时引物与单链按碱基互补配对的原则结合,再调温度至DNA聚合酶最适反应温度(72°C左右),DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互补链。基于聚合酶制造的PCR仪实际就是一个温控设备,能在变性温度,复性温度,延伸温度之间很好地进行控制。
PCR的原理
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。
但是,DNA聚合酶在高温时会失活,因此,每次循环都得加入新的DNA聚合酶,不仅操作烦琐,而且价格昂贵,制约了PCR技术的应用和发展。
耐热DNA聚合酶--Taq酶的发现对于PCR的应用有里程碑的意义,该酶可以耐受90℃以上的高温而不失活,不需要每个循环加酶,使PCR技术变得非常简捷、同时也大大降低了成本,PCR技术得以大量应用,并逐步应用于临床。
PCR技术的基本原理类似于DNA的天然复制过程,其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。PCR由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成: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扩增形成的双链DNA解离,使之成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应作准备;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72℃、DNA聚合酶(如TaqDNA聚合酶)的作用下,以dNTP为反应原料,靶序列为模板,按碱基互补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,重复循环变性--退火--延伸三过程就可获得更多的“半保留复制链”,而且这种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环需2~4分钟,2~3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。
原料:
DNA聚合酶链式反应技术简称PCR技术,是一种以模板DNA为基础,在引物和4种脱氧核糖核苷酸存在的条件下,利用DNA聚合酶的酶促反应,完成对模板的目的片段的快速扩增的过程,其依赖于3个温度的反复循环。
每一循环的3个步骤为:
(1)变性:即双链DNA在94℃条件下,通过热变性使模板的双链DNA氢键断裂而变成单链。
(2)复性:即当变性温度突然降至引物Tm值(通常为35~65℃)以下时,使引物与模板DNA互补序列杂交。由于引物一般由10~25个碱基序列,模板DNA结构远比引物分子复杂,且反应体系中引物分子的浓度又远大于模板DNA,故在退火温度时,引物与模板DNA容易结合形成互补链。
(3)延伸:在DNA聚合酶的作用下,以DNA为模板和以4种脱氧核糖核苷酸为原料,在Mg2+存在的条件下。DNA聚合酶依赖于其5'→3'的聚合酶活力,以引物结合于DNA模板链为起始点。使引物的序列得以延伸,合成模板DNA的互补链。
PCR的基本原理是什么?其基本流程如何?
PCR是在试管中进行的DNA复制反应,基本原理是依据细胞内DNA半保留复制的机理,以及体外DNA分子于不同温度下双链和单链可以互相转变的性质,人为地控制体外合成系统的温度,以促使双链DNA变成单链,单链DNA与人工合成的引物退火,然后耐热DNA聚合酶以dNTP为原料使引物沿着单链模板延伸为双链DNA。PCR全过程每一步的转换是通过温度的改变来控制的。需要重复进行DNA模板解链、引物与模板DNA结合、DNA聚合酶催化新生DNA的合成,即高温变性、低温退火、中温延伸3个步骤构成PCR反应的一个循环,此循环的反复进行,就可使目的DNA得以迅速扩增。DNA模板变性:模板双链DNA?单链DNA,94℃。退火:引物+单链DNA?杂交链,引物的Tm值。引物的延伸:温度至70℃左右,TaqDNA聚合酶以4种dNTP为原料,以目的DNA为模板,催化以引物3’末端为起点的5’→3’DNA链延伸反应,形成新生DNA链。新合成的引物延伸链经过变性后又可作为下一轮循环反应的模板PCR,就是如此反复循环,使目的DNA得到高效快速扩增。
什么是pcr技术典型的pcr技术分为几个步骤
Pcr技术是指DNA的体外扩增技术,也叫DNA多聚酶链式反应,该技术分为变性、复性和子链延伸三个步骤,变性是高温下DNA解开双链,复性是DNA模板链与引物配时,子链延伸是按碱基互补配对原则合成子链。
PCR的反应包括三个主要步骤
1、变性:目的双链DNA片段在94℃下解链;
2、退火:两种寡核苷酸引物在适当温度(50℃左右)下与模板上的目的序列通过氢键配对;
3、延伸:在TaqDNA聚合酶合成DNA的最适温度下以目的DNA为模板进行合成。
简述PCR技术操作步骤
PCR即聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction)的缩写,它是体外酶促合成特异DNA片段的方法。这一方法的要点是合成两个分别互补于待扩增DNA片段两端的小片段引物,在含有引物、待扩增DNA模板核苷酸底物和DNA多聚酶的反应体系中DNA复制反复进行,在短时间内可以取得大量扩增产物。其原理是寡聚核苷酸链引物在DNA聚合酶的作用下沿模板延伸,合成两个与靶DNA两侧序列互补的引物,在体外进行靶DNA的重复合成。
主要的技术步骤是:
(1)DNA变性 加热使靶DNA序列双链解离成单链DNA。
(2)引物与靶DNA退火 适当降低温度,使两个引物分别结合成靶DNA两条的3′末端向5′末端延伸。
(3)引物延伸 在DNA聚合酶的催化下,引物沿着靶DNA3′末端向5′末端延伸。新合成的DNA链在变性解离后,又可作为模板与引物杂交,并且在DNA聚合酶的催化下,引导合成新的靶DNA链。如此反复进行以上3个步骤,即可使靶DNA片段指数性扩增。