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PCR技術基本原理
更新時間:2023-08-10   點擊次數:1109次

1.PCR技術基本原理
  PCR技術的基本原理 類似于DNA的天然復制過程,其特異性依賴于與靶序列兩端互補的寡核苷酸引物。PCR由變性--退火--延伸三個基本反應步驟構成:①模板DNA的變性:模板DNA經加熱至93℃左右一定時間后,使模板DNA雙鏈或經PCR擴增形成的雙鏈DNA解離,使之成為單鏈,以便它與引物結合,為下輪反應作準備;②模板DNA與引物的退火(復性):模板DNA經加熱變性成單鏈后,溫度降至55℃左右,引物與模板DNA單鏈的互補序列配對結合;③引物的延伸:DNA模板--引物結合物在TaqDNA聚合酶的作用下,以dNTP為反應原料,靶序列為模板,按堿基配對與半保留復制原理,合成一條新的與模板DNA 鏈互補的半保留復制鏈重復循環變性--退火--延伸三過程,就可獲得更多的“半保留復制鏈",而且這種新鏈又可成為下次循環的模板。每完成一個循環需2~4分鐘,2~3小時就能將待擴目的基蚶┰齜糯蠹赴僂蟣丁5醬鍥教ㄆ?Plateau)所需循環次數取決于樣品中模板的拷貝。
  PCR的反應動力學  PCR的三個反應步驟反復進行,使DNA擴增量呈指數上升。反應最終的DNA 擴增量可用Y=(1+X)n計算。Y代表DNA片段擴增后的拷貝數,X表示平(Y)均每次的擴增效率,n代表循環次數。平均擴增效率的理論值為100%,但在實際反應中平均效率達不到理論值。反應初期,靶序列DNA片段的增加呈指數形式,隨著PCR產物的逐漸積累,被擴增的DNA片段不再呈指數增加,而進入線性增長期或靜止期,即出現“停滯效應",這種效應稱平臺期數、PCR擴增效率及DNA聚合酶PCR的種類和活性及非特異性產物的竟爭等因素。大多數情況下,平臺期的到來是不可避免的。
  PCR擴增產物  可分為長產物片段和短產物片段兩部分。短產物片段的長度嚴格地限定在兩個引物鏈5’端之間,是需要擴增的特定片段。短產物片段和長產物片段是由于引物所結合的模板不一樣而形成的,以一個原始模板為例,在第一個反應周期中,以兩條互補的DNA為模板,引物是從3’端開始延伸,其5’端是固定的,3’端則沒有固定的止點,長短不一,這就是“長產物片段"。進入第二周期后,引物除與原始模板結合外,還要同新合成的鏈(即“長產物片段")結合。引物在與新鏈結合時,由于新鏈模板的5’端序列是固定的,這就等于這次延伸的片段3’端被固定了止點,保證了新片段的起點和止點都限定于引物擴增序列以內、形成長短一致的“短產物片段"。不難看出“短產物片段"是按指數倍數增加,而“長產物片段"則以算術倍數增加,幾乎可以忽略不計, 這使得PCR的反應產物不需要再純化,就能保證足夠純DNA片段供分析與檢測用。
  
  
   2.PCR反應體系與反應條件
  標準的PCR反應體系:
     10×擴增緩沖液   10ul
     4種dNTP混合物   各200umol/L
     引物        各10~100pmol 
     模板DNA       0.1~2ug 
      Taq DNA聚合酶   2.5u 
     Mg2+       1.5mmol/L
     加雙或三蒸水至   100ul
  PCR反應五要素: 參加PCR反應的物質主要有五種即引物、酶、dNTP、模板和Mg2+
    引物: 引物是PCR特異性反應的關鍵,PCR 產物的特異性取決于引物與模板DNA互補的程度。理論上,只要知道任何一段模板DNA序列,就能按其設計互補的寡核苷酸鏈做引物,利用PCR就可將模板DNA在體外大量擴增。
  設計引物應遵循以下原則:
    ①引物長度: 15-30bp,常用為20bp左右。
    ②引物擴增跨度: 以200-500bp為宜,特定條件下可擴增長至10kb的片段。
    ③引物堿基:G+C含量以40-60%為宜,G+C太少擴增效果不佳,G+C過多易出現非特異條帶。ATGC最好隨機分布,避免5個以上的嘌呤或嘧啶核苷酸的成串排列。
    ④避免引物內部出現二級結構,避免兩條引物間互補,特別是3’端的互補,否則會形成引物二聚體,產生非特異的擴增條帶。
    ⑤引物3’端的堿基,特別是最末及倒數第二個堿基,應嚴格要求配對,以避免因末端堿基不配對而導致PCR失敗。
    ⑥引物中有或能加上合適的酶切位點,被擴增的靶序列最好有適宜的酶切位點,這對酶切分析或分子克隆很有好處。
    ⑦引物的特異性:引物應與核酸序列數據庫的其它序列無明顯同源性。

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