PCR

واکنش های زنجیره ای پلیمراز یا PCR:
پی سی آر یک راهکار ساده و نسبتا ارزان قیمت برای تمرکز بر روی یک قطعه دی ان ای و تکثیر آن به تعداد بالا می باشد. پی سی آر در کارهای روزمره آزمایشگاهی برای تشخیص بیماری ها، تشخیص انواع و اقسام ویروس ها و باکتری ها، پزشکی قانونی و بخش‌های دیگر به کار می رود.

پرایمر (Primer):
پرایمر ها قطعات کوتاهی از دی ان ای هستند که در آزمایشگاه ساخته می شوند. با توجه به اینکه پرایمر ها در آزمایشگاه ساخته می شوند و طراحی اختصاصی دارند می توانند شامل هر توالی از نوکلئوتیدها باشند. در فرآیند پی سی آر، دو نوع پرایمر طراحی می‌شوند هر کدام از این پرایمر ها به یکی از سرهای قطعه مورد نظر دی ان ای که با ساختار پرایمر مطابقت دارد متصل می شوند. با توجه به ویژگی جفت شدن نوکلئوتیدها به صورت مکمل، یکی از پرایمر ها به یک سر دی ان ای تک رشته شده و پرایمر دیگر به سر دیگر دی ان ای تک رشته شده متصل می شود. در اغلب موارد پرایمر هایی که طولی حدود ۲۰ نوکلئوتید دارند دقیقاً در یک نقطه از ژنوم متصل می شوند. پرایمر از یک روی دیگر نیز حائز اهمیت است و آن اینکه دی ان ای پلیمراز نمی تواند به ساختار تک رشته شده ی دی ان ای بچسبد و کار تکثیر را انجام دهد، بلکه باید به یک قطعه کوتاه از دی ان ای متصل شود و از آنجا به بعد کار تکثیر را ادامه آغاز کند.
‏ دی ان ای پلیمراز یک ساختار پیچیده پروتئینی است که کارش کپی کردن دی ان ای قبل از تقسیم دی ان ای به دو ساختار دی آن ای مجزا است. وقتی دی ان ای پلیمراز به پرایمر متصل می شود شروع به اضافه کردن نوکلئوتیدها و ساختن ادامه قطعه مورد نظر دی ان ای می کند. به صورت طبیعی این پرایمر ها توسط آنزیمی به نام پرایمیز (Primase) ساخته می شوند.
در بدن انسان و بسیاری از موجودات دیگر دی ان ای پلیمراز موجود در دمای ۹۵ درجه (که دمای مورد نیاز برای جدا شدن دو رشته دی ان ای از هم و یا دینیچر شدن می باشد) از بین رفته و کارایی خود را از دست میدهد. دی ان ای پلیمراز های استفاده شده در پی سی آر از یک خانواده خاص از باکتری‌ ها به نام ترموس آکواتیکوس که در چشمه های آب گرم زندگی می‌کنند، استخراج می‌شود. این نوع دی ان ای پلیمراز قابلیت حفظ ساختار خود را در دمای بالا (حدود ۹۵ درجه) دارد و می‌تواند در دمای حدود ۷۲ درجه سانتیگراد عملکرد مناسبی داشته باشد.
نوکلئوتیدها اجزا و عناصر لازم برای تکثیر ساختار دی ان ای جدید از روی ساختار تک رشته ای دی ان ای موجود می باشند. در فرایند پی سی آر، باید ترکیبی از چهار نوع نوکلئوتید (G، C، A و T) مورد نیاز به میزان زیاد در محلول نمونه موجود باشد. در این صورت دی ان ای پلیمراز می‌تواند از نوکلئوتید ها به عنوان بلوک های سازنده دی ان ای استفاده کرده و ساختار رشته دی ان ای موجود را باز نویسی نماید.
پی سی آر یا واکنش های زنجیره ای پلیمراز یکی از تکنیک های متداول آزمایشگاهی برای تهیه نسخه های بی شماری از یک قطعه مشخص دی ان ای است
این فرایند می تواند برای تکثیر هر بخش از دی ان ای استفاده شود. به عنوان مثال این بخش می تواند بخشی از یک ژن باشد که محققان می‌خواهند بر روی آن تحقیق کند و یا در پزشکی قانونی، بخشی از دی ان ای بدست آمده در صحنه جرم باشد که باید با اطلاعات دی ان ای افراد مضنون مطابقت داده شود.
به صورت معمول هدف پی سی آر، به وجود آوردن مقدار قابل توجهی از دی ان ای مورد نظر برای استفاده در فرآیند های بعدی و یا انجام تحقیقات باشد. دی ان ای تکثیر شده با استفاده از پی سی آر می تواند برای توالی یابی (Sequencing) استفاده شده و یا با استفاده از دستگاه‌های ژل داکیومنتیشن به صورت بصری مشاهده و بررسی شود. همچنین این دی ان ای می‌تواند در پلاسمید کلون شده و برای تحقیقات بعدی مورد استفاده قرار گیرد.
پی سی آر در شاخه های مختلف علوم پزشکی و جانور شناسی مانند حوزه زیست شناسی مولکولی، تحقیقات پزشکی، دارویی و همچنین برخی شاخه های اکولوژی کاربرد دارد.
تک پلیمراز (Taq Polymerase)
به همان صورت که در یک ساختار زنده از آنزیم پلیمراز برای تکثیر یک رشته از دی ان ای از روی ساختار موجود (به عنوان قالب یا الگو) استفاده می‌شود، فرآیند PCR نیز نیازمند آنزیم پلیمراز می باشد. آنزیم مورد استفاده در فرایند پی سی آر، تک پلیمراز (Taq Polymerase) ‌می باشد که اسم آن برگرفته از نوع خاصی باکتری (ترموس آکواتیکوس یا Thermus aquaticus) است که در حرارت بالا می تواند زندگی کند. آنزیم پلیمراز این باکتری که در چشمه های آبگرم زندگی می کند، قابلیت این را دارد که در دمای حدود ۷۰ درجه بهترین عملکرد خود را داشته باشد. این در حالی است که آنزیم پلیمراز که در سلول های اکثر جانداران و سایر موجودات زنده وجود دارد، در این دما کارایی و قابلیت خود را از دست می دهد. این مقاومت در برابر گرما و عملکرد مناسب در دمای بالای آنزیم تک پلیمراز، این آنزیم را برای PCR به گزینه ای بسیار ایده آل تبدیل کرده است.