聚合酶链反应简称PCR(Polymerase Chain Reaction)，是以DNA半保留复制机制为基础，发展出的体外酶促合成、扩增特定核酸片段的一种方法。8 o d( p5 N5 k6 T1 @9 y2 I0 v
一、模板和底物
7 h B% J1 {/ N. i5 q8 R DNA复制是模板依赖性的，必须以亲代DNA链作为模板，稳定细胞系构建亲代DNA的两股链解开后，可分别作为模板进行复制。同时，DNA复制需要以四种脱氧核糖核苷酸，即dATP、dGTP、dCTP、dTTP，为底物合成子代DNA。( m$ B! F: S* @* k7 P
在体外进行DNA复制时，模板和底物均可通过人工添加解决。
8 d) `9 P/ `; G$ R1 y 二、引物
; `/ r% Z. C2 n4 R) A9 a! d DNA聚合酶必须以一段具有3’端自由羟基（3’-OH）的RNA作为引物，才能开始合成子代DNA链。
' r9 E2 ~. Z# m+ j! B 在体外进行DNA复制时，可以人工合成具有特定序列的寡核苷酸作为引物，该引物序列与进行扩增的目的核酸片段互补匹配，从而开始目的片段的扩增。/ G6 F% v5 o9 g
因为引物的碱基序列需要与目的片段相匹配，在合成引物之前，必须首先已知目的片段的碱基序列，至少也要知道目的片段的部分序列，从而确定合成引物的碱基序列。
, g8 b, ?* i" D* s 三、模板双链的解旋4 y7 u0 ^2 v9 u2 t+ t& L
在DNA的半保留复制机制中，双链DNA的解旋是在拓扑异构酶和解链酶的作用下完成的，该过程需要拓扑异构酶识别DNA的复制起点才能开启，而体外扩增特定的核酸片段只需要特异性的复制目的核酸片段，因而需要一种方式使得模板DNA解旋为单链DNA，之后在使之与引物结合，从而特异性的扩增目的核酸片段。 R" v# h N3 e: f
三、DNA的变性$ a" n: M2 F7 U* ~8 }: k
DNA变性是指核酸双螺旋结构中碱基对的氢键断裂，使得双链变为单链的过程。
7 a# \4 V4 b9 b+ o) B/ K) e' E 对双链DNA进行加热可以使其发生变性，当温度升高到一定高度时，DNA在260nm处的吸光度会突然发生明显的上升，并达到最大值，之后温度继续上升，其吸光度也不会发生明显变化，若以温度对DNA溶液的260nm吸光度做图，会得到典型的DNA变性S型曲线。
4 P7 q* `% y4 }' V( y, g" Q DNA的变性是在一个很窄的温度范围内发生的，通常将核酸加热变性过程中，紫外光吸收值达到最大值50%时的温度称为核酸的熔解温度 (Tm, melting temperature)。
# f; ~5 F( m. f/ I5 C, J" `# P* ] 1. 特定核酸分子的Tm值与其G+C含量成正相关，GC% = (Tm-69.3) × 2.44；
) |/ X5 K% G5 T) Q3 m" d6 \/ i+ j 2. Tm值的大小还与核酸分子的长度有关，核酸分子越长，Tm值越大；
$ W. b9 E C: N1 G2 P" O) A" P2 L 3. 粒子强度越高，熔解温度越高，熔解温度范围越窄。
2 m5 s* E: i' |# F0 M 四、DNA的复性& ~: z' V9 g' X- U; }- }7 i, T% @
加热变性的DNA在缓慢冷却后可以由单链恢复为双链结构，这一过程称为DNA的复性，也称为“退火 (annealing)"。
- j9 `4 [5 P. E% U0 P/ |& d 当温度降低至比变性DNA的Tm低25℃时，其复性效果*佳，越远离此温度，复性效果越差。
3 N7 w4 k9 g, q" N A6 }3 K$ @8 m 因此，可以利用此特性，在加热使模板DNA变性后，将温度降低至特定温度，从而使所加引物与模板DNA复性结合，进而能够对引物所规定的核酸片段进行特异性的扩增。
1 f' B2 r1 J& M; j 五、DNA聚合酶4 v% s9 b) Y$ t$ |! M Z
为了使模板中特定的核酸片段进行扩增，在模板与引物结合后，需要有DNA聚合酶的参与，但是由于DNA变性和复性过程的温度较高，普通的DNA聚合酶在此过程中会由于温度过高而失活。
; l+ g- R2 u: i% M. h 科学家为了解决该问题，从水生栖热菌 (Thermus Aquaticus) 中分离出了具有热稳定性的DNA聚合酶，该酶可以耐受90℃以上的高温而不失活。
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