Polimerāzes ķēdes reakcijā (PCR) tiek izmantoti enzīmi, lai masveidā replicētu dezoksiribonukleīnskābes (DNS) virknes daļu, lai atvieglotu analīzi, piemēram, meklējot interesējošos gēnus. Tāpat kā kodola ķēdes reakcija, arī polimerāzes ķēdes reakcija ir eksponenciāls process, kas turpinās tik ilgi, kamēr ir pieejamas izejvielas reakcijas uzturēšanai. Atšķirībā no DNS replikācijas dabiskajā pasaulē, PCR var replikēt tikai diezgan mazus DNS gabalus, kuru augšējie griesti ir aptuveni 2–3 kilo bāzes pāri (kb). Tas izmanto nedzīvus enzīmus, lai panāktu savu replikācijas efektu, atšķirot to no citām kopēšanas metodēm, kurās tiek izmantoti aktīvi organismi.
Mūsdienīgai polimerāzes ķēdes reakcijai ir nepieciešami seši pamata komponenti, lai darbotos: DNS segments, kas jākopē, primeri segmenta norobežošanai, Taq polimerāze, lai veiktu kopēšanu, DNS nukleotīdi, kas kalpotu kā izejviela, ķīmiskā bufera vide un iekārta, ko sauc par termisko ierīci. riteņbraucējs. Termociklerā bieži ir vairākas mēģenes ar vairākiem PCR, katrā no tām ir 15 līdz 100 mikrolitri, kas ir nedaudz zem kubikmilimetra ūdens. Tiek izmantoti aptuveni simts nanogramu DNS bāzes.
Taq polimerāze, galvenā sastāvdaļa polimerāzes ķēdes reakcijai, tiek iegūta no dziļjūras, termiskās ventilācijas atverēs mītošas baktērijas Thermus aquaticus. Tas labi darbojas kopēšanai, bet ne perfekti, pieļaujot kļūdu aptuveni reizi 8 miljonos bāzes pāru. Pirms Taq polimerāzes tika izmantotas citas polimerāzes, taču daudzas no tām sabojājās vajadzīgajā temperatūrā, lai reakcija sāktu. Sildīšanas cikls ir sarežģīts, taču tajā ietilpst temperatūra, kas īslaicīgi svārstās gandrīz līdz viršanas temperatūrai, tāpēc polimerāzes izturība ir būtiska.
PCR pamatdarbības ir šādas. Visas sastāvdaļas sajauc kopā nelielā flakonā, kura tilpums parasti ir 200 mikrogrami. Maisījumu uzkarsē līdz vārīšanās temperatūrai, lai pārrautu ūdeņraža saites pāra DNS, izveidojot atsevišķas virknes, kas ir uzņēmīgas pret kopēšanu. To sauc par denaturēšanu. Jo garāka ir kopējamā daļa, jo ilgāks ir denaturēšanas process.
Nākamo polimerāzes ķēdes reakcijas posmu sauc par atkvēlināšanu. Praimeri, kas ir pēc pasūtījuma izgatavotas, īsas DNS virknes, ir īpaši izstrādātas, lai savienotos ar vietām kopējamā segmenta sākumā un beigās. Ja primeri ir nepareizi izstrādāti vai temperatūra šajā posmā ir nepareiza, primers nejauši saistīsies ar DNS, kā rezultātā izveidosies nepareiza segmenta kopija. Lielākā daļa gruntskrāsu izkūst aptuveni divās trešdaļās no ceļa līdz viršanas temperatūrai, un rūdīšana, 1–2 minūšu process, notiek dažus grādus zemākā temperatūrā.
Pēdējās PCR darbības sauc par pagarināšanu un galīgo pagarināšanu. Šeit notiek maģija. Polimerāze ātri kopē DNS segmentu, dažu minūšu laikā izveidojot miljoniem un miljoniem kopiju. Parasti cikls sastāv no visām iepriekšējām darbībām, kas tiek atkārtotas apmēram divdesmit vai trīsdesmit reizes.
Rezultāts ir kopēts DNS kopums. Polimerāzes ķēdes reakcijām ir dažādi pielietojumi, tostarp paternitātes noteikšana, ģenētiska defekta vai vīrusa DNS esamības vai neesamības noteikšana, gēna klonēšana, specifisku mutāciju ieviešana, izmirušu sugu vai mirušu personu DNS analīze, “ģenētisko pirkstu nospiedumu noņemšana” nozieguma vieta un daudz kas cits.