PCR 和 DNA 扩增

Taq DNA 聚合酶属于聚合酶家族 A，这是一组包括细菌修复聚合酶和大多数噬菌体复制性聚合酶的相关酶。A 族聚合酶通常同时具有复制和修复活性。3’→5’ 核酸外切酶活性提供了允许修复错配核苷酸的重要“校对”功能，而 5’→3’ 核酸外切酶活性允许去除 RNA 引物。在 Taq 聚合酶中，3’→5’ 核酸外切酶校对结构域已经发生改变，不再起作用。

PCR 对聚合酶的基本要求与细胞对其复制系统的要求相同：可靠性、准确性或保真度、速度和合成能力。聚合酶的准确度或保真度是指与模板链指定的正确核苷酸结合。DNA 聚合酶使用核苷酸结合位点的一系列分子检查点确保准确复制。标准 Taq 聚合酶的准确度很高，总错误率相对较低，但缺乏 3’→5’ 核酸外切酶“校对”活性，这限制了其有效潜在扩增子大小。当扩增 DNA 片段 <2 kb 时，Taq 表现最好，是一种稳健且易于优化的酶试剂。它可以处理最长 3–4 kb 的片段，但在扩增子长度超过大约 3 kb 时效率迅速下降。

通过对 DNA 聚合酶进行修饰，使其在达到更高的温度之前丧失活性来阻断扩增，从而实现热启动 PCR。常见的修饰手段包括抗体相互作用、化学修饰以及适配体技术。当 PCR 循环期间达到允许的反应温度时，抑制剂与聚合酶解离，聚合开始。

酶连接的抗 Taq DNA 聚合酶抗体通过与聚合酶连接和结合使其失活，从而阻止在较低温度下发生早期 DNA 扩增。一旦达到最佳退火温度，抗体就开始降解和解离，将 Taq DNA 聚合酶释放到反应体系中，并允许扩增过程开始。

化学修饰的 Taq DNA 聚合酶具有与特定氨基酸残基相连的热不稳定性阻断基团。PCR 反应中的初始高温活化步骤可以去除这些基团。这使 Taq DNA 聚合酶恢复到完全活性，PCR 循环可以继续进行。
适配体介导的热启动 PCR 依赖于通过寡核苷酸适配体的连接抑制 Taq DNA 聚合酶的功能。适配体在比热不稳定性化学阻断基团或抗体更低的温度下与酶发生解离，从而消除了对高温活化步骤的需要，使 PCR 方案得以加速。此外，基于适配体的抑制是完全可逆的，因此 Taq DNA 聚合酶活性也会在热循环结束时被阻断。