pcr技术原理
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2023年2月21日发(作者：美国高考)原理：
自然科学和社会科学中具有普遍意义的基本规律。是在大量观
察、实践的基础上，经过归纳、概括而得出的。
聚合酶链式反应：
聚合酶链式反应（PCR）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。1976年，中国科学家钱嘉韵，发现了稳定的TaqDNA
聚合酶，为PCR技术发展也做出了基础性贡献。
PCR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的创建：
Khorana(1971)等最早提出核酸体外扩增的设想：“经DNA变
性，与合适的引物杂交，用DNA聚合酶延伸引物，并不断重复该过
程便可合成tRNA基因。”
但由于当时基因序列分析方法尚未成熟，热稳定DNA聚合酶尚
未报道以及引物合成的困难，这种想法似乎没有实际意义。加上分子
克隆技术的出现提供了一种克隆和扩增基因的途径，所以Khorana
的设想被人们遗忘了。
1985年，KaryMullis在Cetus公司工作期间，发明了PCR。
Mullis要合成DNA引物来进行测序工作，却常为没有足够多的模板
DNA而烦恼。
1983年4月的一个星期五晚上，他开车去乡下别墅的路上,猛然
闪现出“多聚酶链式反应”的想法。
1983年12月，Mullis用同位素标记法看到了10个循环后的
49bp长度的第一个PCR片段；
1985年10月25日申请了PCR的专利，1987年7月28日批
准（专利号4,683,202），Mullis是第一发明人；
1985年12月20日在Science杂志上发表了第一篇PCR的学
术论文，Mullis是共同作者；
1986年5月，Mullis在冷泉港实验室做专题报告，全世界从此
开始学习PCR的方法。
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。