比较详细的PCR

1.PCR反应的最适条件

1．1 TaqDNA聚合酶

在早期进行的PCR反应中，使用的是大肠杆菌DNA聚合酶1的大片段，即Klenow片段。也曾有人用噬菌体T4 DNA聚合酶。这两种酶的共同弱点是对热不稳定性，DNA合成反应只能在37℃进行。

PCR时每一循环的解链温度都在90C以上进行，故在每两个循环之间要加入新的DNA聚合酶，使得整过程整个实验过程很繁琐和昂贵。同时在370C，引物与DNA模板之间会发生分子非特异性结合，最终导致很多非特异性DNA片段的扩增。

Taq 酶有耐高温的特性，其最适的活性温度是72℃（75-80），连续保温30分钟仍具有相当的活性，而且在比较宽的温度范围内都保持着催化DNA合成的能力，一次加酶即可满足PCR操作过程自动化的实现。

（1）TaqDNA聚合酶的热稳定性及最适延伸温度

相对分子质量为94000的TaqDNA聚合酶的酶活性较高，大约为200000Umg，在合成时有一个较高的最适温度75-80℃，转换数Kcat接近150nt/（s•酶分子）。这种活性有明显的温度依赖性。TaqDNA聚合酶虽然在90C以上合成DNA的能力有限，但高温时仍比较稳定。

有人试验证明在92.5℃，95℃，和97.5℃时，PCR混合物中的TaqDNA聚合酶分别经130分钟、40分钟和5-6分钟后仍可保持50%左右的活性，其半衰期较长。所以，在一个PCR预备试验中，每次循环时上限温度为95℃（试管内）处理20秒，则循环50次后TaqDNA聚合酶仍可保持65%的活性，能够保证实验的需要。

TaqDNA聚合酶具有很高的加工合成特性，其最适延伸温度在75-80℃时，dNTP的掺入速度为35-100nt/（•酶分子），最长延伸长度7.6kb，如对M13上的富含GC的30-me引物，该酶在70C的延伸率高于60nt/（•酶分子）， 在55C仍有较高的延伸活性，22℃和37℃时延伸速度分别为0.25和1.5 nt/（•酶分子）。

由此可见，在低温下，TaqDNA聚合酶一表现活性明显降低，因而，导致此酶在模板链分子内局部二级结构区域的延伸能力受损或前进速率常数与解离常数的比值发生改变。在很高的温度（90℃以上）时，很少DNA合成。

在体外条件下，DNA在较高温度时的合成速度受到引物或引物链与模板链的双链结构稳定性的限制。温度对TaqDNA聚合酶活性的影响见表。

由于TaqDNA聚合酶的最适延伸温度高达75-80℃，故退火和延伸反应温度均可提高，限制了非特异性扩增产物的出现，增加了PCR的特异性。

1．2 模板

（1） 模板的纯度 一般不要求很高，不需要达到超纯。某些扩增实验中甚至可以直接将溶细胞液煮沸加热，用蛋白质变性后的DNA溶液作模板。

但DNA溶液中不能有影响扩增反应的物质存在，例如蛋白酶、核酸酶、结合DNA的蛋白质等；另一类是尿素、十二烷基硫酸钠、卟啉类物质等；还有一类是二价金属离子的络合剂（如EDTA）等，会与Mg2+络合，影响Taq DNA聚合酶的活性。上述物质的存在会影响扩增效果，甚至使扩增失败。

（2） 模板DNA的量 一般对于单拷贝的哺乳动物基因组模板来说，100ul的反应体系中有100ng的模板已足够。有时，加的模板太多，会令扩增失败。这时如果对模板稀释后再加入反应体系中，往往能获得成功。

1．3 dNTP

dNTP储备液必须为PH7.0左右，浓度一般为2mmol/L，分装后置-20C保存.典型的PCR扩增体系中，两种dNTP的终浓度为20-200umol/L. 理论上，100ul反应液中两种dNTP的浓度为20umol/L时，足以合成12.5ug DNA或合成10pmol 400bp的DNA片段.

DNTP会络合溶液中的 Mg2+， 而且大于200umol/L的dNTP会增加Taq DNA聚合酶的错配率.如果dNTP的浓度达到1mmol/L时，则会抑制Taq DNA聚合酶活性.

1．4 Mg2+浓度

Taq DNA聚合酶在合成新DNA链时，要求有游离的Mg2+，因而在PCR系统中确定Mg2+的最适浓度是必要的. Mg2+浓度太低会无PCR产物，太高又会导致非特异的产物产生. 故常需根据各自的实验预先试验，以确定本实验的最佳Mg2+浓度，保证DNA聚合酶具有良好的活性

通常情况下，要求反应体系中有0.5-2.5mmol/L的游离Mg2+反应内容物中， dNTP能与Mg2+结合，所含EDTA会与Mg2+络合，高浓度的DNA也有干扰作用，都会影响Mg2+的有效浓度.

1．5 PCR系统中的其它成分

PCR反应缓冲溶液通常用10 mmol/L Tris-HCl（PH8.3，20℃）， 它是两性离子缓冲剂.此外，还有50 mmol/L KCL， 它有利于引物与模板退火.高于50mmol/L 的KCL， 或50mmol/L 的NaCl对Taq DNA聚合酶有抵制作用.明胶或血清白蛋白（100ug/ml）及非离子去污剂，如Tween20等，对Taq DNA聚合酶起稳定作用。