Kulcs különbség – PCR vs DNS replikáció
A DNS-replikáció egy természetes folyamat, amely élő szervezetekben fordul elő. Ez magában foglalja egy DNS-molekula két azonos másolatának előállítását. A DNS-replikáció a biológiai öröklődés rendkívül fontos folyamata. A genetikai információ elsősorban a DNS-replikáció képességének köszönhetően kerül át a szülőről az utódra. Ezért ez egy alapvető folyamat, amely szinte minden élő szervezetben előfordul. Ez a folyamat in vivo megy végbe. A DNS-replikáció azonban elvégezhető in vitro módszerekkel is. A polimeráz láncreakció (PCR) a DNS-replikáció egyik ilyen in vitro módszere. A PCR egy laboratóriumi DNS-amplifikációs módszer. Több ezer-millió DNS-másolatot állít elő egy érdeklődő DNS-fragmensből vagy génből. Különbségek vannak az in vivo DNS-replikáció és a PCR között. A legfontosabb különbség a kettő között az, hogy a PCR-t egy PCR-gépben hajtják végre, fenntartott hőmérsékleten, hogy nagyszámú DNS-másolatot hozzon létre, miközben a DNS-replikáció a testben testhőmérsékleten megy végbe, és egyetlen DNS-molekula két azonos másolatát állít elő.
Mi az a PCR?
A polimeráz láncreakció (PCR) egy in vitro DNS-amplifikációs technika, amelyet rutinszerűen végeznek molekuláris biológiai laboratóriumokban. Ez a módszer lehetővé tette egy különösen érdekelt DNS-fragmens több ezer-millió másolatának előállítását. A PCR-t Kary Mullis vezette be 1980-ban. Ebben a technikában a DNS érdekelt fragmense szolgál sablonként a másolatok készítéséhez. A Taq polimeráz nevű enzimet DNS polimeráz enzimként használják, és ez katalizálja a DNS-fragmens új szálainak szintézisét. A PCR-elegyben lévő primerek a fragmens kiterjesztések kiindulópontjaként működnek. A PCR-reakció végén a minta-DNS sok másolata nyerhető.
A DNS-másolatok készítéséhez szükséges összes összetevő benne van a PCR-elegyben. Ezek minta DNS, DNS polimeráz (Taq polimeráz), primerek (forward és reverse primerek), nukleotidok (a DNS építőkövei) és egy puffer. A PCR-reakciót PCR-gépben futtatják, és a megfelelő PCR-keverékkel és a megfelelő PCR programmal kell táplálni. Ha a reakcióelegy és a program megfelelő, akkor nagyon kis mennyiségű DNS-ből előállítja a szükséges mennyiségű másolatot egy adott DNS-szakaszról.
A PCR-reakciónak három fő lépése van, nevezetesen a denaturáció, a primer összekapcsolása és a szál kiterjesztése. Ez a három lépés három különböző hőmérsékleten megy végbe. A DNS kétszálú hélixként létezik. Két szálat hidrogénkötések kötnek össze. Az amplifikáció előtt a kettős szálú DNS-t magas hőmérsékleten választják el. Magas hőmérsékleten a kettős szálú DNS egyszálúvá denaturálódott. Ezután a primerek összekapcsolódnak az érdekelt fragmens vagy a DNS génjének határoló végeivel. A primer egy egyszálú DNS egy rövid darabja, amely komplementer a célszekvencia végeivel. A forward és a reverse primerek a denaturált minta DNS határoló végein lévő komplementer bázisokkal kapcsolódnak össze az összekapcsolási hőmérsékleten.
A primerek DNS-sel történő összekapcsolásakor a Taq polimeráz enzim elindítja az új szálak szintézisét a templát DNS-sel komplementer nukleotidok hozzáadásával. A Taq polimeráz egy hőstabil enzim, amelyet a Thermus aquaticus nevű termofil baktériumból izolálnak. A PCR puffer fenntartja az optimális feltételeket a Taq polimeráz működéséhez. A PCR-reakció e három szakaszát megismételjük a szükséges mennyiségű PCR-termék előállításához. Minden PCR-reakciónál a DNS-kópia száma megduplázódik. Ezért a PCR-ben exponenciális amplifikáció figyelhető meg. A PCR termék gélelektroforézissel is megfigyelhető, mivel látható mennyiségű DNS-t állít elő a gélen, és további vizsgálatokhoz, például szekvenáláshoz stb. tisztítható.
01. ábra: PCR
A PCR értékes eszköz az orvosi és biológiai kutatásokban. A PCR-nek különösen a törvényszéki vizsgálatokban van óriási értéke, mivel képes felerősíteni a DNS-t a bűnözők apró mintáiból végzett vizsgálatokhoz, és kriminalisztikai DNS-profilokat készíteni. A PCR-t széles körben használják a molekuláris biológia számos területén, beleértve a genotipizálást, a génklónozást, a mutációk kimutatását, a DNS-szekvenálást, a DNS-microarray-eket és az apasági vizsgálatot stb.
Mi az a DNS-replikáció?
A DNS-replikáció azt a folyamatot jelenti, amely egy DNS-molekulából két azonos DNS-másolatot állít elő. Ez a biológiai öröklődés fontos folyamata. A DNS-replikáció minden élő szervezetben előfordul. A szülősejt genomját replikálni kell annak érdekében, hogy a genomot átadhassuk a leánysejtnek. A DNS-replikációs folyamat három fő lépésből áll: iniciáció, megnyúlás és termináció. Ezeket a lépéseket különböző enzimek katalizálják. A DNS replikációja a sejtek genomjában a replikációs origónak nevezett helyről indul. A genomban a DNS kétszálú formában létezik. Ez a két szál a DNS-replikáció kezdetén elválik, és ezt az ATP-függő DNS-helikáz végzi. A DNS feltekercselése a fő esemény, amely az iniciációs lépésben történik. Az elválasztott DNS-szálak templátként történő felhasználásával a DNS-polimeráz a templátszálak új komplementer szálait szintetizálja 5'-3' irányba. Ezt a lépést nevezik megnyúlásnak. A befejezés akkor következik be, amikor a két replikációs villa találkozik egymással a szülői kromoszóma ellenkező végén.
02. ábra: DNS-replikáció
A DNS-polimerázon kívül számos enzim, például DNS-primáz, DNS-helikáz, DNS-ligáz és topoizomeráz vesz részt a DNS-replikációban. Az in vivo DNS replikáció sajátossága, hogy Okazaki fragmentumokat termel. Az egyik szál folyamatosan formálódik, míg a másik apró darabokban.
Mi a hasonlóság a PCR és a DNS-replikáció között?
- Mind a PCR, mind a DNS-replikáció során a kettős szálú DNS elválik egymástól.
- Mind a PCR, mind a DNS-replikációs folyamat során a DNS másolódik.
- Mind a PCR, mind a DNS-replikációs folyamatok nagyon fontosak.
- Mind a PCR-ben, mind a DNS-replikációs folyamatban részt vesz a DNS-polimeráz enzim.
Mi a különbség a PCR és a DNS-replikáció között?
PCR kontra DNS-replikáció |
|
| A PCR a DNS-amplifikáció in vitro módszere, amelyben több ezer vagy millió DNS-másolat keletkezik. | A DNS-replikáció egy természetes folyamat, amelynek során egy DNS-molekulából két azonos DNS-másolat keletkezik. |
| Lépések | |
| A PCR három lépésből áll; denaturáció, primer lágyítás és szálhosszabbítás. | DNS-replikáció három lépésből áll; iniciáció, megnyúlás és lezárás. |
| Primerek bevonása | |
| A PCR-hez mesterséges primerekre van szükség. | A DNS-replikációhoz nincs szükség mesterséges primerekre. Az RNS egy rövid fragmentuma részt vesz a DNS-replikációban. |
| A kettős szálak denaturálása | |
| A kettős szálakat PCR-ben magas hőmérséklet alkalmazásával választják el. | A kettős szálakat a DNS-replikáció során a DNS-helikáz enzim választja el egymástól. |
| Enzim érintett | |
| A PCR Taq polimerázt használ. | DNS-replikáció DNS-polimerázt használ. |
| Hőmérséklet | |
| A PCR három különböző hőmérsékleten történik a gépen belül. | DNS replikációja testhőmérsékleten megy végbe az élő szervezet testében. |
| In vivo vagy In vitro | |
| A PCR egy in vitro módszer. | DNS-replikáció egy in vivo módszer. |
Összefoglaló – PCR kontra DNS-replikáció
A DNS-replikáció egy olyan folyamat, amelynek során egyetlen DNS-molekulából két azonos DNS-másolat keletkezik. Minden élő szervezetben előfordul, mivel egy módszert kínál a genetikai információ átadására a szülőtől az utódig. Három enzimatikusan katalizált lépésből áll, nevezetesen az iniciációból, a megnyújtásból és a befejezésből. A DNS-replikáció mesterségesen is elvégezhető a laboratóriumban. A PCR az egyik módja annak, hogy az érdeklődő DNS-ből nagyszámú DNS-másolatot állítsanak elő. A PCR-t rutinszerűen végzik molekuláris biológiai laboratóriumokban, mivel ez egy egyszerű módszer a DNS-másolatok előállítására. Ez a különbség a PCR és a DNS-replikáció között.
