Forskjellen mellom PCR og DNA-replikasjon

Nøkkelforskjell - PCR vs DNA Replication
 

DNA-replikasjon er en naturlig prosess som oppstår i levende organismer. Det innebærer produksjon av to identiske kopier av ett DNA-molekyl. DNA-replikasjon er en ekstremt viktig prosess med biologisk arv. Genetisk informasjon går fra foreldre til avkom, hovedsakelig på grunn av DNA replikasjonens evne. Derfor er det en viktig prosess som forekommer i nesten alle levende organismer. Denne prosessen skjer in vivo. DNA-replikasjon kan imidlertid gjøres via in vitro metoder også. Polymerase Chain Reaction (PCR) er en slik in vitro metode for DNA-replikasjon. PCR er en DNA amplifikasjonsmetode utført i laboratorier. Det produserer tusenvis til millioner av kopier av DNA fra et interessert DNA-fragment eller et gen. Det er forskjeller mellom in vivo DNA-replikasjon og PCR. De nøkkelforskjell mellom disse to er det PCR utføres i en PCR-maskin ved opprettholdte temperaturer for å produsere et stort antall kopier av DNA mens DNA-replikasjon skjer i kroppen ved kroppstemperatur for å produsere to identiske kopier av et enkelt DNA-molekyl.

INNHOLD

1. Oversikt og nøkkelforskjell
2. Hva er PCR
3. Hva er DNA Replication
4. Likheter mellom PCR og DNA-replikasjon
5. Side ved side-sammenligning - PCR vs DNA-replikering i tabellform
6. Sammendrag

Hva er PCR?

Polymerase Chain Reaction (PCR) er en in vitro DNA-amplifikasjonsteknikk som rutinemessig utføres i molekylære biologiske laboratorier. Denne metoden gjorde det mulig å produsere tusenvis til millioner av kopier av et spesielt interessert DNA-fragment. PCR ble introdusert av Kary Mullis i 1980. I denne teknikken blir det interesserte fragmentet av DNA tjent som mal for fremstilling av kopier. Enzymet kalt Taq-polymerase brukes som DNA-polymeraseenzymet, og det vil katalysere syntesen av nye tråder av DNA-fragmentet. Primers som er i PCR-blandingen, vil fungere som utgangspunkt for fragment-utvidelsene. På slutten av PCR-reaksjonen kan mange kopier av prøve-DNA oppnås.

Alle ingrediensene som er nødvendige for å lage kopier av DNA, er inkludert i PCR-blandingen. De er prøve DNA, DNA polymerase (Taq polymerase), primere (fremover og revers primere), nukleotider (byggeblokker av DNA) og en buffer. PCR-reaksjonen drives i en PCR-maskin, og den skal mates med riktig PCR-blanding og riktig PCR-program. Hvis reaksjonsblandingen og programmet er korrekte, vil det produsere den nødvendige mengden kopier av en bestemt del av DNA fra en meget liten mengde DNA.

Det er tre hovedtrinn involvert i en PCR-reaksjon, nemlig denaturering, primerglødning og strengforlengelse. Disse tre trinnene skjer ved tre forskjellige temperaturer. DNA eksisterer som en dobbeltstrenget helix. To tråder er bundet av hydrogenbindinger. Før amplifisering separeres dobbeltstrenget DNA ved å gi en høy temperatur. Ved høy temperatur denaturert dobbeltstrenget DNA til enkle tråder. Deretter annealer primrene med de flankerende ender av det interesserte fragmentet eller DNA-genet. Primer er et kort stykke enkeltstrenget DNA som er komplementært til målområdets ender. Fremover og revers primere anneal med komplementære baser ved flankerende ender av den denaturerte prøve DNA ved annealingstemperaturen.

Når primere anneales med DNA, initierer Taq-polymeraseenzym syntesen av de nye strengene ved å tilsette nukleotider som er komplementære til mal-DNA. Taq-polymerase er et varmestabilt enzym som er isolert fra en termofil bakterie som kalles Thermus aquaticus. PCR-buffer opprettholder de optimale forholdene for Taq-polymerase-virkningen. Disse tre stadier av PCR-reaksjonen gjentas for å produsere den nødvendige mengden av PCR-produktet. Ved hver PCR-reaksjon dobles antallet av DNA-kopien. Derfor kan en eksponensiell amplifikasjon observeres i PCR. PCR-produktet kan observeres ved anvendelse av gelelektroforese siden den produserer den synlige mengden av DNA på en gel, og den kan renses for videre studier som sekvensering osv..

Figur 01: PCR

PCR er et verdifullt verktøy i medisinsk og biologisk forskning. Spesielt i rettsmedisinske studier har PCR en enorm verdi siden den kan amplifisere DNA for studier fra de små prøvene av kriminelle og lage rettsmedisinske DNA-profiler. PCR er mye brukt i mange områder av den molekylære biologien, inkludert genotyping, genkloning, mutasjonsdeteksjon, DNA-sekvensering, DNA-mikroarrays og faderskapstesting osv..

Hva er DNA Replication?

DNA-replikasjon er referert til prosessen som produserer to identiske kopier av DNA fra ett DNA-molekyl. Det er en viktig prosess med biologisk arv. DNA-replikasjon forekommer i alle levende organismer. Genet av stamcellen skal replikeres for å overføre genomet til dattercellen. DNA-replikasjonsprosessen har tre hovedtrinn kalt initiering, forlengelse og avslutning. Disse trinnene blir katalysert av forskjellige enzymer. DNA-replikasjon starter fra stedet som kalles replikasjons-opprinnelse i cellens genom. I genomet eksisterer DNA i dobbeltstrenget form. Disse to strengene separeres ved begynnelsen av DNA-replikasjonen, og den utføres av ATP-avhengig DNA-helikase. Avviklingen av DNA er den viktigste hendelsen som oppstår i initieringstrinnet. Ved å bruke separerte DNA-tråder som maler, syntetiserer DNA-polymerase de nye komplementære strenger av malstrengene i 5'-til-3'-retning. Dette er trinnet kalt forlengelse. Oppsigelse oppstår når de to replikasjonsgaffelene møtes med hverandre i motsatt ende av foreldrekromosomet.

Figur 02: DNA-replikasjon

Annet enn DNA-polymerase, er flere enzymer som DNA-primase, DNA-helikase, DNA-ligase og Topoisomerase involvert i DNA-replikasjonen. En spesiell egenskap ved in vivo DNA-replikasjonen er at den produserer Okazaki-fragmenter. En streng blir kontinuerlig dannet mens de andre former i små stykker.

Hva er likhetene mellom PCR og DNA-replikasjon?

• I både PCR- og DNA-replikasjon skilles dobbeltstrenget DNA fra hverandre.
• I både PCR- og DNA-replikasjonsprosesser kopieres DNA.
• Både PCR- og DNA-replikasjonsprosesser er veldig viktige.
• I både PCR- og DNA-replikasjonsprosesser er DNA-polymeraseenzym involvert.

Hva er forskjellen mellom PCR og DNA-replikasjon?

PCR vs DNA-replikasjon
PCR er en in vitro metode for DNA-amplifikasjon der tusenvis til millioner av kopier av DNA produseres.	DNA Replication er en naturlig prosess som produserer to identiske kopier av DNA fra ett DNA-molekyl.
Steps
PCR har tre trinn; denaturering, primerglødning og strengutvidelse.	DNA-replikasjon har tre trinn; innvielse, forlengelse og avslutning.
Involvering av Primers
PCR trenger kunstige primere.	DNA Replication trenger ikke kunstige primere. Et kort fragment av RNA er involvert i DNA-replikasjon.
Denaturering av Double-Strands
Dobbelstrenger separeres ved å påføre høy temperatur i PCR.	Dobbelstrenger separeres fra hverandre av enzymet DNA-helikase i DNA-replikasjon.
Enzym involvert
PCR bruker Taq polymerase.	DNA-replikasjon bruker DNA-polymerase.
Temperatur
PCR oppstår ved tre forskjellige temperaturer inne i en maskin.	DNA-replikasjon forekommer ved kroppstemperatur i kroppens levende organisme.
In vivo eller In vitro
PCR er en in vitro metode.	DNA-replikasjon er en in vivo metode.

Sammendrag - PCR vs DNA Replication

DNA-replikasjon er en prosess for å produsere to identiske kopier av DNA fra et enkelt DNA-molekyl. Det forekommer i alle levende organismer siden det gir en metode for å gi den genetiske informasjonen fra foreldre til avkom. Den består av tre enzymatisk katalyserte trinn, nemlig initiering, forlengelse og avslutning. DNA-replikasjon kan gjøres kunstig i laboratoriet. PCR er en måte å produsere et stort antall kopier av DNA fra det interesserte DNA. PCR utføres rutinemessig i molekylærbiologiske laboratorier, siden det er en enkel metode for å produsere kopier av DNA. Dette er forskjellen mellom PCR og DNA-replikasjon.

Henvisning:

1. "DNA-replikasjon." Wikipedia, Wikimedia Foundation, 11. mars 2018. Tilgjengelig her
2. "Polymerase Chain Reaction (PCR)." National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine. Tilgjengelig her  
3. "Molekylær mekanisme for DNA-replikasjon." Khan Academy. Tilgjengelig her  

Bilde Courtesy:

1. 'Polymerase kjede reaksjon' Ved Enzoklop - Eget arbeid, (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia  
2.'DNA replikasjon split'Er jeg, Madprime, (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia