Lančana reakcija polimeraze (PCR) koristi enzime za masovnu replikaciju dijela lanca deoksiribonukleinske kiseline (DNA) radi lakše analize, kao što je traženje gena od interesa. Kao i nuklearna lančana reakcija, lančana reakcija polimeraze je eksponencijalni proces koji traje sve dok su sirovine za održavanje reakcije dostupne. Za razliku od replikacije DNA u prirodnom svijetu, PCR može replicirati samo prilično male dijelove DNK, s gornjim pragom od oko 2-3 kg parova baza (kb). Koristi nežive enzime kako bi postigao svoj učinak replikacije, što ga izdvaja od drugih pristupa kopiranja koji koriste aktivne organizme.
Moderna polimerazna lančana reakcija zahtijeva šest osnovnih komponenti za rad: segment DNK koji se kopira, prajmere za razgraničenje segmenta, Taq polimerazu za kopiranje, nukleotide DNA koji služe kao sirovina, kemijsko pufersko okruženje i stroj koji se naziva termalni biciklista. Termalni ciklus često drži više epruveta s više PCR-ova, od kojih svaka ima 15 do 100 mikrolitara, vrijednosti nešto manje od kubičnog milimetra vode. Koristi se stotinjak nanograma DNK baze.
Taq polimeraza, ključni sastojak za lančanu reakciju polimeraze, ekstrahira se iz dubokomorske bakterije Thermus aquaticus koja živi u termalnim otvorima. Radi dobro za kopiranje, ali ne savršeno, praveći pogrešku otprilike jednom na svakih 8 milijuna parova baza. Prije Taq polimeraze korištene su druge polimeraze, ali mnoge od njih su se razbile na temperaturama potrebnim da bi reakcija započela. Ciklus zagrijavanja je kompliciran, ali uključuje temperature koje se kratko kreću gotovo sve do točke vrelišta, tako da je trajnost u polimerazi ključna.
Osnovni koraci PCR-a su sljedeći. Svi sastojci se pomiješaju zajedno u maloj bočici, obično volumena od 200 mikrograma. Smjesa se zagrijava do točke gotovo vrelišta kako bi se prekinule vodikove veze u par-lančanoj DNK, stvarajući jednostruke niti koje su podložne kopiranju. To se zove denaturacija. Što je duži niz koji se kopira, to dulje traje proces denaturacije.
Sljedeći korak u lančanoj reakciji polimeraze naziva se žarenje. Prajmeri, koji su prilagođeni kratkim lancima DNA, dizajnirani su posebno da se vežu na mjesta na početku i na kraju segmenta koji se kopira. Ako su početnici pogrešno dizajnirani ili je temperatura u ovoj fazi pogrešna, prajmer će se nasumično vezati na DNK, što će rezultirati pogrešnom kopijom segmenta. Većina temeljnih premaza se topi na oko dvije trećine puta do točke vrenja, a žarenje, proces koji traje 1-2 minute, odvija se na nekoliko stupnjeva ispod ove.
Posljednji koraci u PCR-u nazivaju se proširenje i konačno proširenje. Ovdje se događa magija. Polimeraza brzo kopira segment DNK, stvarajući milijune i milijune kopija u samo nekoliko minuta. Obično se ciklus sastoji od svih prethodnih koraka, ponovljenih dvadesetak ili trideset puta.
Rezultat je hrpa kopirane DNK. Lančane reakcije polimerazom imaju različite namjene, uključujući testiranje očinstva, utvrđivanje prisutnosti ili odsutnosti genetskog defekta ili virusne DNK, kloniranje gena, uvođenje specifičnih mutacija, analizu DNK izumrlih vrsta ili mrtvih osoba, “genetski otisak prsta” na mjesto zločina i još mnogo toga.