(四)緩衝液
目前最為常用的緩衝體係為10~50mmol/L的Tris-HCl(pH8.2~8.3,20℃),PCR標準緩衝液含有10mmol/L的Tris-HCl(pH8.3)、50mmol/L的KCl、1.5mmol/L的MgCl2、0.1g/L的明膠。
Tris-HCl是一種雙極性離子緩衝液,該緩衝液於72℃保溫時,pH下降到7.3。反應液中50mmol/L以內的KCl有利於引物退火,50mmol/L的NaCl或50mmol/L以上的KCl則抑製Taq酶的活性。有的反應液以氯化銨或醋酸銨中的NH代替K,其濃度為16.6mmol/L。明膠有保護Taq酶的作用,有的反應中以小牛血清白蛋白(100μg/mL)或吐溫-20(0.5~1.0g/L)代替明膠。反應中加入5mmol/L的二硫蘇糖醇(DTT)也有類似作用,尤其在擴增長片段延伸時間較長時,加入這些酶保護劑對PCR反應是有利的。有的實驗室推薦在PCR緩衝液中加100g/L二甲基亞礬(DMSO),其作用是打開DNA的二級結構,使模板DNA易於變性。
PCR標準緩衝液對大多數模板DNA及引物都是適用的,但對某一特定模板和引物的組合,標準緩衝液並不一定就是最佳條件,因此各實驗室可在此條件上,根據具體擴增項目進行改進。其中Mg2+濃度對擴增作用的特異性和產量有明顯影響。Taq酶是一種Mg2+依賴酶,Mg2+濃度一般為1.5mmol/L左右。Mg2+濃度過低時,酶活力明顯降低;過高時,酶可催化非特異性擴增。由於反應體係中的DNA模板、引物和dNTP都可能與Mg2+結合,因此降低了Mg2+的實際濃度。所以建議,反應中Mg2+加量至少要比dNTP濃度高0.5~1.0mmol/L。
(五)Taq DNA聚合酶
Taq酶是一種耐熱的DNA聚合酶,92.5℃時半衰期至少是130min。在不同的實驗條件下,此酶的聚合酶活性為每秒35~100個堿基。在70℃延伸時,鏈的延伸速度每秒可達60個堿基。在100μL標準體積的PCR反應液中,一般加Taq酶2.5U,足以達到每分鍾鏈延伸1000~4000個堿基。Taq酶除了聚合作用,還具有5′→3′外切酶活性,但缺乏3′→5′切酶活性,因此不能糾正鏈延伸過程中核苷酸的錯誤摻入。估計每9000個堿基出現一次錯誤,而合成41000個核酸可能導致一次框碼移位。由於錯誤摻入堿基有終止鏈延伸的傾向,這就使得發生了的錯誤不會繼續擴大。
在DNA的高溫合成過程中,Taq DNA聚合酶和其他熱穩定DNA聚合酶的酶促特性、生化和結構特性及其輔助蛋白的複製識別的特性等,都有待於作更深一步的研究,隻有全麵了解了這些特性,才能提高PCR合成產物的產量,提高其特異性,並增強檢測微量靶DNA的敏感性。
(六)反應促進劑
PCR反應中,加入一定濃度的添加劑如DMSO(二甲基亞碸)、甘油或甲酰胺等,可提高PCR擴增效率及特異性。但目前,關於添加劑對PCR擴增效率的影響機製尚不清楚。可能是添加劑消除了引物和模板的二級結構,降低DNA雙鏈的解鏈溫度,使DNA雙鏈變性完全。同時,添加劑還可增進DNA複性時的特異配對,增加或改變DNA聚合酶的穩定性,提高PCR擴增效率。現已發現不同溫度條件下,添加劑會影響Taq酶的半衰期。反應中加入小牛血清白蛋白(100μg/mL)或明膠(0.01%)或吐溫20(0.05%~0.1%)有助於酶的穩定,反應中加入5mmolL的二硫蘇糖醇(DTT)也有類似作用,尤其在擴增長片段(此時延伸時間長)時,加入這些酶保護劑對PCR反應是有利的。
對於不同的PCR反應體係,添加劑的濃度及其對PCR擴增的影響是不同的,當添加劑的濃度超過某一範圍時,反而會抑製PCR擴增。
①二甲基亞碸(DMSO):許多耐熱DNA聚合酶廠家推薦在PCR反應中加入10%DMSO,這可能是DMSO有促進DNA變性的作用。DMSO的使用對大腸杆菌DNA聚合酶Ⅰ Klenow片段是有益的,但對Taq DNA聚合酶有抑製作用,一般反應中應盡量不用DMSO。不過,在複合PCR中可以用。