Prinzip der PCR – Polymerasekettenreaktion

Die Polymerase-Kettenreaktion ist eine der grundlegendsten molekularbiologischen Methoden und dient dazu, DNA zu vervielfältigen. Sie wird kurz als PCR (aus dem Englischen für polymerase chain reaction) bezeichnet.

In dieser Reaktion sollen aber nicht einfach alle Gene des Erbguts kopiert werden, sondern nur jene Teilstücke, die man untersuchen möchte.

Dieses DNA-Syntheseverfahren, bei dem DNA in mehreren Zyklen wiederholt verdoppelt wird, hat sich als eines der wichtigsten Werkzeuge der Molekularbiologie etabliert.


Die PCR ermöglicht es, einen genau definierten Teil eines DNA-Strangs zu vervielfältigen.

Ohne diese Technik wären entscheidende Fortschritte der Molekularbiologie, wie beispielsweise das Entschlüsseln des menschlichen Erbguts (Genoms), nicht möglich gewesen.

Die „Zutaten“ für eine PCR

Die Vervielfältigung der DNA erfolgt in einem sogenannten Thermocycler – einer Maschine, die Reaktionsgefäße auf präzise Temperaturen erhitzen und kühlen kann.

Zunächst kommen alle notwendigen Zutaten (Reagenzien) in die Probe:

  • Die ursprüngliche DNA, die den Abschnitt enthält (Template), der vervielfältigt werden soll.
  • Zwei  Primer, das sind kurze Nukleotidketten, also Bausteinfolgen ,die zum Anfang und zum Ende des gesuchten Genabschnitts passen und als als Startersequenzen fungieren. Sie sind mit der jeweils komplementären Sequenz so aufgebaut, dass sie sich nur an spezifische Gene binden können, z.B. im Fall Corona an die Gene des Virus.
    Sie legen auf den beiden Einzelsträngen der DNA (s. Grafik und Link) jeweils den Startpunkt der DNA-Synthese fest, wodurch der zu vervielfältigende Bereich von beiden Seiten begrenzt wird
  • Eine DNA-Polymerase, das ist ein  Enzym, das in Zellen die Erbinformation kopiert. Dazu sidn entsprechende hohe Temperaturen notwedig.  Heute üblich sind sog. Taq-Polymerasen (Thermus auqaticus), die bei solch hohen Temperaturen nicht zerstört und den festgelegten Abschnitt replizieren (kopieren).
  • dNTPs (Desoxyribonucleosidtriphosphate), das sind die Bausteine für den von der DNA-Polymerase synthetisierten DNA-Strang
  • noch weitere Stoffe (Mg2+-Ionen, Pufferlösungen), die zur Stabilisierung dienen.

Die Schritte einer PCR

Die Probe (aus dem Abstrich) wird in ein Röhrchen überführt, d.h. darin gelöst. Dieses kommen in den sogenannten Thermocycler, in dem folgende Schritten vollständig automatisch ablaufen:

  • Die Viren werden in einem ersten, vorbereitenden Schritt aufgespalten, ihr Erbgut so erst Mal freigesetzt.
  • Auftrennung (Deanturierung): Die doppelsträngige DNA-Vorlage wird erhitzt und in zwei Einzelstränge geteilt.
  • Anlagerung (Annealing): Die Temperatur wird gesenkt, und die DNA-Primer können an die DNA-Vorlage binden.
    Es können gleichzeitig auch Farbstoffe passend angelagert werden, so dass der Fortschritt bei der Vervielfältigung nach jeder Stufe sofort überprüft werden kann(à Real Time PCR)
  • Vervielfältigung (Amplification): Die Temperatur wird wieder erhöht, und die DNA-Polymerase synthetisiert neue DNA-Stränge.
    Das Enzym kann nur dort DNA vermehren, wo es einen gebundenen Primer findet.
    Im nächsten Durchgang binden die Primer wieder an die DNA und die Enzyme an die Primer, jedes Mal kann die DNA vervielfältigt werden.
    Wird wie im vorhergehenden Schritt mit einem Farbindikator gearbeitet, wird bei diesem Prozess gleichzeitig ein Farbstoff freigesetzt. (RT-PCR)

Warum „Kettenreaktion“: Die Produkte vorheriger Zyklen dienen jeweils als Ausgangsstoffe für den nächsten Zyklus, womit eine exponentielle Vervielfältigung der DNA ermöglicht wird.

Leicht verständliche Darstellung mit anschaulichen Video des gesamten PCR-Prozesses.

Zur Druchführung z.B. einer „Corona-PCR“ siehe PCR in der Laborpraxis.


2 Kommentare zu “Prinzip der PCR – Polymerasekettenreaktion

  1. Hallo PP-Team,
    als Leser eures gelungenen Buches, bin ich immer wieder mal auf der Webseite. Gut, dass sich dort jetzt wieder mehr tut. Mit Interesse erwarte ich die Life-Science-Beiträge, zu diesem hätte ich gleich eine Anmerkung: Ein paar anschauliche Grafiken, Diagramme wären sehr hilfreich – ist doch auch euer Credo!
    Th. Weber

    1. Hallo,
      „anschaulich“ ist in der Tat unser Motto.
      Dass Illustrationen hilfreich wären, war uns natürlich bewusst. Aber die „Klein-Serie“ zu Life Science ist ja erst im Aufbau. Also, es wird bald Abbildungen dazu geben…

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