
【化】 PCR; polymerase chain reaction
【化】 polyase; polymerase; polysaccharase
【化】 chain reaction
【医】 chain reaction
聚合酶链反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)是一种基于DNA双链复制原理的体外核酸扩增技术,由Kary Mullis于1983年发明。该技术通过温度调控实现DNA变性与复制的循环过程,能在数小时内将特定DNA片段扩增数百万倍,成为现代分子生物学、医学诊断和法医鉴定的核心技术之一。
PCR技术依赖三种核心组分:耐高温的Taq DNA聚合酶、特异性引物(primer)和脱氧核苷酸底物(dNTPs)。其反应流程包含三个步骤:① 高温(95℃)使双链DNA解链为单链;② 降温(55-65℃)使引物与模板互补结合;③ 适温(72℃)延伸合成新链。每个循环使目标DNA量呈指数增长,30个循环可产生约10倍扩增。
在临床医学领域,实时定量PCR(qPCR)已广泛应用于新冠病毒检测,其灵敏度可达单拷贝级别。美国FDA批准的PCR检测试剂盒均需通过严格的引物特异性验证和交叉反应测试。世界卫生组织建议将PCR作为传染病确诊的金标准,2020年全球PCR诊断市场规模已突破100亿美元。
该技术的衍生形式包括逆转录PCR(RT-PCR)、数字PCR(dPCR)和巢式PCR等。诺贝尔化学奖评委会指出,PCR革新了基因工程技术体系,使人类基因组计划提前两年完成。国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)将其列为20世纪最重要的化学发明之一。
聚合酶链反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)是一种在体外快速扩增特定DNA片段的技术,由Kary Mullis于1983年发明,被誉为分子生物学领域的革命性突破。
变性(Denaturation)
高温(约94–98℃)使双链DNA解链为单链,暴露碱基序列。
退火(Annealing)
降温至50–65℃,引物(短单链DNA片段)与目标DNA的互补区域结合。
延伸(Extension)
在72℃下,耐高温的Taq DNA聚合酶以单链DNA为模板,从引物开始合成互补链,形成新双链DNA。
此过程循环25–40次,DNA数量呈指数级增长(理论扩增量为$2^n$,n为循环次数)。
PCR依赖关键试剂:DNA模板、引物、dNTPs、Taq酶及缓冲液。其发明极大推动了基因组学、精准医疗等领域的发展。
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