Kluczowa różnica – PCR vs replikacja DNA
Replikacja DNA to naturalny proces zachodzący w żywych organizmach. Polega na wytworzeniu dwóch identycznych kopii jednej cząsteczki DNA. Replikacja DNA jest niezwykle ważnym procesem biologicznego dziedziczenia. Informacja genetyczna jest przekazywana od rodzica potomstwu głównie dzięki zdolności do replikacji DNA. Dlatego jest to niezbędny proces, który zachodzi w prawie wszystkich żywych organizmach. Ten proces zachodzi in vivo. Jednak replikację DNA można również przeprowadzić metodami in vitro. Reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR) jest jedną z takich metod replikacji DNA in vitro. PCR to metoda amplifikacji DNA wykonywana w laboratoriach. Wytwarza od tysięcy do milionów kopii DNA z interesującego fragmentu DNA lub genu. Istnieją różnice między replikacją DNA in vivo a PCR. Kluczową różnicą między tymi dwoma jest to, że PCR przeprowadza się w maszynie do PCR w utrzymywanej temperaturze, aby wytworzyć dużą liczbę kopii DNA, podczas gdy replikacja DNA zachodzi wewnątrz ciała w temperaturze ciała, aby wytworzyć dwie identyczne kopie pojedynczej cząsteczki DNA.
Co to jest PCR?
Reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR) to technika amplifikacji DNA in vitro, która jest rutynowo wykonywana w laboratoriach biologii molekularnej. Metoda ta umożliwiła wytworzenie od tysięcy do milionów kopii szczególnie interesującego fragmentu DNA. PCR został wprowadzony przez Kary Mullisa w 1980 roku. W tej technice interesujący fragment DNA służy jako matryca do tworzenia kopii. Enzym zwany polimerazą Taq jest używany jako enzym polimerazy DNA i katalizuje syntezę nowych nici fragmentu DNA. Startery znajdujące się w mieszaninie PCR będą działać jako punkty startowe dla wydłużeń fragmentów. Pod koniec reakcji PCR można uzyskać wiele kopii próbki DNA.
Wszystkie składniki niezbędne do wykonania kopii DNA są zawarte w mieszaninie PCR. Są to próbki DNA, polimeraza DNA (polimeraza Taq), startery (startery przedni i wsteczny), nukleotydy (cegiełki budulcowe DNA) i bufor. Reakcja PCR przebiega w maszynie do PCR i powinna być zasilana odpowiednią mieszaniną PCR i odpowiednim programem PCR. Jeśli mieszanina reakcyjna i program są prawidłowe, wytworzy wymaganą ilość kopii określonego odcinka DNA z bardzo małej ilości DNA.
Istnieją trzy główne etapy reakcji PCR, a mianowicie denaturacja, przyłączanie starterów i wydłużanie nici. Te trzy etapy występują w trzech różnych temperaturach. DNA istnieje jako dwuniciowa helisa. Dwie nici są połączone wiązaniami wodorowymi. Przed amplifikacją dwuniciowy DNA jest rozdzielany przez poddanie go wysokiej temperaturze. W wysokiej temperaturze dwuniciowy DNA ulegał denaturacji w pojedyncze nici. Następnie startery hybrydyzują z flankującymi końcami interesującego fragmentu lub genu DNA. Starter to krótki fragment jednoniciowego DNA, który jest komplementarny do końców sekwencji docelowej. Startery przedni i wsteczny hybrydyzują z komplementarnymi zasadami na flankujących końcach zdenaturowanego DNA próbki w temperaturze hybrydyzacji.
Gdy startery są przyłączane do DNA, enzym polimeraza Taq inicjuje syntezę nowych nici poprzez dodanie nukleotydów, które są komplementarne do matrycy DNA. Polimeraza Taq jest stabilnym termicznie enzymem, który jest izolowany z termofilnej bakterii zwanej Thermus aquaticus. Bufor PCR utrzymuje optymalne warunki dla działania polimerazy Taq. Te trzy etapy reakcji PCR są powtarzane w celu wytworzenia wymaganej ilości produktu PCR. W każdej reakcji PCR liczba kopii DNA podwaja się. Stąd w reakcji PCR można zaobserwować wykładniczą amplifikację. Produkt PCR można obserwować za pomocą elektroforezy żelowej, ponieważ wytwarza widoczną ilość DNA na żelu i można go oczyścić do dalszych badań, takich jak sekwencjonowanie itp.
Rysunek 01: PCR
PCR to cenne narzędzie w badaniach medycznych i biologicznych. Szczególnie w badaniach kryminalistycznych, PCR ma ogromną wartość, ponieważ może amplifikować DNA do badań z maleńkich próbek przestępców i tworzyć kryminalistyczne profile DNA. PCR jest szeroko stosowany w wielu obszarach biologii molekularnej, w tym w genotypowaniu, klonowaniu genów, wykrywaniu mutacji, sekwencjonowaniu DNA, mikromacierzach DNA i testowaniu ojcostwa itp.
Co to jest replikacja DNA?
Replikacja DNA odnosi się do procesu, w którym powstają dwie identyczne kopie DNA z jednej cząsteczki DNA. Jest to ważny proces dziedziczenia biologicznego. Replikacja DNA zachodzi we wszystkich żywych organizmach. Genom komórki rodzicielskiej powinien zostać zreplikowany w celu przekazania genomu do komórki potomnej. Proces replikacji DNA składa się z trzech głównych etapów: inicjacji, elongacji i terminacji. Te etapy są katalizowane przez różne enzymy. Replikacja DNA rozpoczyna się w miejscu zwanym początkiem replikacji w genomie komórki. W genomie DNA występuje w postaci dwuniciowej. Te dwie nici są rozdzielone na początku replikacji DNA i odbywa się to za pomocą helikazy DNA zależnej od ATP. Odwijanie DNA jest głównym wydarzeniem na etapie inicjacji. Używając rozdzielonych nici DNA jako matryc, polimeraza DNA syntetyzuje nowe komplementarne nici nici matrycy w kierunku 5' do 3'. To jest etap zwany wydłużeniem. Terminacja następuje, gdy dwa widełki replikacyjne spotykają się na przeciwległym końcu chromosomu rodzicielskiego.
Rysunek 02: Replikacja DNA
Oprócz polimerazy DNA, w replikację DNA zaangażowanych jest kilka enzymów, takich jak prymazy DNA, helikaza DNA, ligaza DNA i topoizomeraza. Szczególną cechą replikacji DNA in vivo jest to, że wytwarza fragmenty Okazaki. Jedno pasmo jest formowane w sposób ciągły, podczas gdy inne formuje się w małe kawałki.
Jakie są podobieństwa między PCR a replikacją DNA?
- W przypadku replikacji PCR i DNA, dwuniciowe DNA jest oddzielone od siebie.
- W procesie replikacji PCR i DNA, DNA jest kopiowane.
- Zarówno procesy PCR, jak i replikacji DNA są bardzo ważne.
- W procesach PCR i replikacji DNA zaangażowany jest enzym polimeraza DNA.
Jaka jest różnica między PCR a replikacją DNA?
PCR a replikacja DNA |
|
| PCR to metoda amplifikacji DNA in vitro, w której produkowane są tysiące do milionów kopii DNA. | Replikacja DNA to naturalny proces, który wytwarza dwie identyczne kopie DNA z jednej cząsteczki DNA. |
| Kroki | |
| PCR składa się z trzech kroków; denaturacja, wyżarzanie starterów i wydłużanie nici. | Replikacja DNA składa się z trzech kroków; inicjacja, wydłużenie i zakończenie. |
| Zaangażowanie starterów | |
| PCR wymaga sztucznych podkładów. | Replikacja DNA nie wymaga sztucznych starterów. Krótki fragment RNA bierze udział w replikacji DNA. |
| Denaturacja podwójnych pasm | |
| Podwójne nici są rozdzielane przez zastosowanie wysokiej temperatury w reakcji PCR. | Podwójne nici są oddzielone od siebie przez enzym helikazy DNA podczas replikacji DNA. |
| Zaangażowany enzym | |
| PCR wykorzystuje polimerazę Taq. | Replikacja DNA wykorzystuje polimerazę DNA. |
| Temperatura | |
| PCR odbywa się w trzech różnych temperaturach wewnątrz urządzenia. | Replikacja DNA zachodzi w temperaturze ciała żywego organizmu. |
| In vivo lub in vitro | |
| PCR to metoda in vitro. | Replikacja DNA jest metodą in vivo. |
Podsumowanie – PCR kontra replikacja DNA
Replikacja DNA to proces wytwarzania dwóch identycznych kopii DNA z pojedynczej cząsteczki DNA. Występuje we wszystkich żywych organizmach, ponieważ oferuje metodę przekazywania informacji genetycznej od rodzica do potomstwa. Składa się z trzech katalizowanych enzymatycznie etapów, a mianowicie inicjacji, elongacji i terminacji. Replikację DNA można przeprowadzić sztucznie w laboratorium. PCR jest jednym ze sposobów wytworzenia dużej liczby kopii DNA z zainteresowanego DNA. PCR jest rutynowo wykonywany w laboratoriach biologii molekularnej, ponieważ jest to łatwa metoda wytwarzania kopii DNA. To jest różnica między PCR a replikacją DNA.
