문서의 임의 삭제는 제재 대상으로, 문서를 삭제하려면 삭제 토론을 진행해야 합니다. 문서 보기문서 삭제토론 중합 효소 연쇄 반응 (문단 편집) == 원리 == [[파일:external/photo.hankooki.com/yw1305164.jpg]] PCR의 세 단계를 나타내는 그림. 각 단계는 변성(Denaturation), 결합(Annealing), 신장(Elongation) 단계라고 한다. 변성 단계에서는 두 가닥의 [[DNA]]를 분리하고, 결합 단계에서 프라이머가 이 DNA에 결합한다.[* 그림에서는 온도가 얼마라고 나오지만 반드시 저 온도여야 하는 것은 아니고, 프라이머의 길이와 조성에 따라 온도가 다르다. A-T 결합이 수소 결합 2개인데 비해, C-G 결합은 수소 결합을 3개나 가지고 있어 결합을 끊기 위해 필요한 에너지가 많이 든다.] 또한 신장 단계에서는 중합 효소(polymerase)가 DNA를 합성한다. 합성 단계에서 걸리는 시간은 자기가 증폭하고자 하는 DNA의 길이에 따라 다른데, 요새 가장 많이 쓰이는 Taq 중합 효소는 1분에 약 1000개의 뉴클레오타이드를 합성한다(1kb/min). PCR이 싸지고 효율성이 크게 좋아진 중요한 계기는 내열성 중합[[효소]]의 발견이 정말 컸다. 고온에 DNA를 때려박아 놓음으로써 여러 효소들이 필요없어진 것은 좋았는데, 정작 복제에 필요한 중합 효소가 고온에서 버티지 못해서 불완전했다. 처음엔 PCR을 할 때 대장균의 중합효소를 사용했는데, 위의 변성단계에서 DNA중합효소까지 같이 변성되어 버린 것.[* 효소의 주 성분은 [[단백질]]임을 상기하자. 웬만한 효소는 [[후라이팬]] 위의 [[계란후라이]]처럼 '''익어 버려서''' 더 이상 효소로서의 역할을 하지 못한다.] 따라서 한번 사이클을 돌릴 때마다 효소가 비활성화돼서 새로 효소를 넣어주어야 했고, 거기다 위의 세 단계가 정확한 온도에서 작동해야 했기 때문에[* 복제하려는 DNA 서열에 따라 결합이나 신장 단계의 최적 온도가 달라진다.] 21세기의 실험실에서도 PCR이 안 될 경우 온도를 1도 단위로 바꿔가면서 컨디션을 잡아야 하는데, 이 온도를 컨트롤하는 것이 매우 어려웠다.[* 극초기의 PCR는 사람이 튜브를 들고 세 개의 다른 온도로 맞춰진 비커를 스톱워치에 맞춰서 퐁당퐁당(...)해가며 실험했다고 한다. 현재는 PCR기기의 발달로 보통 2시간 내외로 끝나지만 초기에는 하루종일 이것만 하다가 밤을 새는 일이 일상이었다.] 그런데 ''Thermus aquaticus''[* 온천에 사는 원핵생물. 호열성 세균(Thermophile)이다.] 에서 발견된 중합효소[* 속명(''__T__hermos'')과 종명(''__aq__uaticus'')을 따서 Taq polymerase라고 한다. 고온에서 살아야 하기 때문에 ~~불저항 만렙~~ 열안정성이 아주 높다. Denature 과정에서 겪는 95도 온도에서도 활성 반감기가 40분 정도이며 최적의 효소 활성을 가지는 온도도 72~74도 이다. 일반적인 단백질은 37도가 최적이고 42도가 넘어가면 망가지는 걸 생각하면 흠좀무.]는 고온에서도 안정해서 위의 1~3단계를 여러 번 반복해도 활성을 유지하기 때문에(물론 과정을 반복할 수록 효소인 이상 어느 정도의 활성감소는 불가피하다.) 위와 같은 번거로움과 비효율을 한 번에 깨트리게 되었다. 요즘은 고온에도 잘 버티고 잘못 합성된 서열을 교정(Proofreading activity)할 줄도 아는 Pfu[* ''__P__yrococcus __fu__riosus''라는 '''초'''호열성 세균('''hyper'''thermophile)에서 유래했으며 '''최적 생장 온도가 무려 [math(\bf100\,\degree\!C)]'''에 육박한다! 즉 이놈은 다른 일반적인 미생물들과는 달리 '''끓이면 오히려 더 잘 자란다'''. 그냥 호열성 세균인 ''T. aquaticus''의 최적 생장 온도가 [math(\rm65\sim70\,\degree\!C)]임을 감안하면 흠좀무한 스펙이다.] 같은 중합 효소들도 개발되어 있다.[* PCR에 사용되는 내열성 중합효소의 종류만 해도 따로 문서를 만들어야 될 정도로 엄청난 수를 자랑한다.] 거기에다가 반도체로 작동하는 온도 조절 장치 등이 등장하면서 PCR는 '''노벨상을 받은 기술'''에서 '''생물학 랩에서 못 하면 갈굼당하는''' 수준으로 널리 보급화된다.[* 그렇긴 해도 '연구실 수준'에서 싸진 거지 일반인 기준에선 아직도 비싼 게 현실이다. PCR에 필요한 게 중합 효소뿐 아니라 프라이머나 완충 용액등이 필요한데 프라이머(Primer, 시발체) 가격도 만만치 않다.] 물론 PCR 기술 자체도 높은 정확도가 필요할 경우 다른 종류의 효소들을 섞어서 사용하는 식으로 발전하고 있다. DNA를 다루는 곳에서는 PCR 장치[* 온도 조건을 순환시킨다는 의미에서 보통 thermocycler라고 한다.]를 다 구비하고 있다고 해도 과언이 아니다. 어떤 양덕은 집에서 손쉽게 만들 수 있는 PCR 기계를 개발하기도 하였다.[* 실제 제품화된 PCR기계는 그리 간단하지만은 않다. 검체가 많든 적든 모든 검체에 대해 항상 일정한 온도가 보증되어야 하며, 변성단계는 90도가 넘어가는 온도가 보통이기 때문에, PCR이 진행되는 동안 검체 용액이 증발하면서 내용물의 농도가 변하지 않도록 뚜껑도 100도가 넘는 온도로 유지해줘야 한다. 퐁당퐁당을 시전한 옛날에도 검체 용액을 미네랄 오일로 덮어서 증발을 막는 방법을 썼다. 그리고 온도차/시간도 중요한 요소기 때문에 보통의 PCR 기계는 내용물이 얼마나 들어있는지 지정할 수 있게 되어있다. 온도가 너무 빨리 변하면 내용물이 다 가열되거나 냉각되기도 전에 다음 스텝으로 넘어가기 때문. 그리고 온도/시간이 공랭식으로 식히는 것보다 훨씬 빠르게 내려간다. 초당 1도씩 가열하고 식히는 것도 가능하다. 실제로 보면 검체를 꽂는 블럭만 해도 몇 십만 원 한다.] [[http://popsci.hankooki.com/upload/news/2013/9095_112703_1.jpg]] PCR의 좀 더 자세한 원리와 실제 실험할 때 참고할 정보를 찾는 다면 Takara 사에서 제공하는 다음 메뉴얼을 참고하자. [[http://snc4u.co.kr/sub/sub2_3.asp?mode=view&storeidx=&serboardsort=&page=1&idx=160&search=&searchstr=]]저장 버튼을 클릭하면 당신이 기여한 내용을 CC-BY-NC-SA 2.0 KR으로 배포하고,기여한 문서에 대한 하이퍼링크나 URL을 이용하여 저작자 표시를 하는 것으로 충분하다는 데 동의하는 것입니다.이 동의는 철회할 수 없습니다.캡챠저장미리보기