PCR(Polymerase chain reaction) 이해하기

아반토코리아 연구소 황원현 수석연구원 검수

 

 

DNA 복제 기법인 PCR(Polymerase Chain Reaction)은 소량의 DNA를 대량으로 증폭시키는 중합효소연쇄반응 입니다. 이 PCR을 통해 DNA의 원하는 부분만을 선택하여 복제할 수 있게 됩니다. PCR의 주요 3가지 단계에는 DNA의 변성과 프라이머의 결합, DNA의 Extension 이 속합니다.

 

PCR(Polymerase Chain Reaction)을 진행하기 위해 필요한 재료들

• 증폭할 DNA

• Primer(프라이머)

• Taq 효소 : DNA를 중합 시켜주는 효소

• dNTP : DNA를 만들기 위한 재료(디옥시리보뉴클레오타이드), dATP, dTTP, dGTP, dCTP가 있습니다.

• Taq 효소를 위한 버퍼 : 완충작용을 합니다.

 

 

PCR(Polymerase Chain Reaction) 단계 별 프로세스

 

1) DNA의 변성 (Denaturation)

: DNA는 이중나선구조로 이루어져 있습니다. DNA 가닥을 복제하기 위해선 단일 가닥으로 분리시키는 과정이 필요합니다. 

두 가닥의 DNA는 각각의 가닥 안쪽의 염기 사이의 수소결합으로 붙어 있으며, 염기쌍들은 물과 친하지 않은 소수성으로 옆의 DNA들과 소수성 상호작용을 하여 나선구조로 축적됩니다. 이 이중나선구조의 DNA에 열을 가하게 되면 두 가닥이 분리 되게 되어 DNA를 복제할 수 있는 기본틀인 한 가닥의 DNA를 얻게 됩니다.

DNA의 Denaturation은 보통 92°C~95°C 사이에서 진행합니다. 온도가 높을 수록 한 가닥으로 잘 분리되지만, 세 번째 과정인 DNA의 신장과정에서 사용할 Taq 중합효소는 단백질이기 때문에 높은 온도에서 변성될 수 있으므로, 적절한 온도에서 DNA를 Denaturation 시켜 줍니다.

 

2) 프라이머 결합 (Annealing)

: 프라이머(Primer)는 DNA 복제의 시작점에 결합하는 작은 DNA 조각으로 이해할 수 있습니다. 복제하길 원하는 DNA의 부위의 서열과 상보적인 DNA의 서열로 이루어져 있습니다. 

DNA는 A,T,G,C의 네 가지 염기서열로 이루어져 있는데, 이중 A와 T가 두개의 수소결합으로 결합하며 G와 C가 세개의 수소결합으로 결합하므로, G와 C 사이의 결합이 A와 T의 결합보다 강하게 됩니다.

따라서 원하는 시작부위에 결합할 프라이머를 선택할 때, 결합력을 조절하기 위해 G와 C비율이 50%정도가 되는 프라이머를 이용하게 됩니다.

프라이머 결합은 보통 50°C~65°C 사이에서 진행합니다.

 

3) DNA의 신장 (Extension)

: 원하는 부위에 프라이머가 결합하면 이제 DNA의 재료인 dATP, dTTP, dGTP, dCTP로 주형 DNA를 따라 상보적인 새로운 DNA가닥을 만들어 나가게 됩니다. 이렇게 새로운 DNA가 신장되는 과정을 DNA의 Extension 과정이라 합니다.

그리고 DNA의 재료들인 dATP, dTTP, dGTP, dCTP를 원래의 DNA에 따라서 붙여주는 효소를 DNA 중합효소(Taq중합효소)라고 부릅니다.

DNA 신장 과정은 70°C~74°C에서 진행합니다.

 

이 과정을 20회에서 40회 정도 반복하여 DNA를 증폭하게 됩니다.

 

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