Skillnad mellan PCR och DNA-replikation

Huvudskillnad - PCR vs DNA Replication
 

DNA-replikation är en naturlig process som uppträder i levande organismer. Det handlar om produktion av två identiska kopior av en DNA-molekyl. DNA-replikation är en extremt viktig process med biologiskt arv. Genetisk information överförs från förälder till avkomma, huvudsakligen på grund av DNA replikationens förmåga. Det är därför en väsentlig process som inträffar i nästan alla levande organismer. Denna process uppstår in vivo. DNA replikering kan emellertid ske via in vitro metoder också. Polymeraskedjereaktion (PCR) är en sådan in vitro metod för DNA-replikation. PCR är en DNA-amplifieringsmetod som utförs i laboratorier. Det producerar tusentals miljoner miljoner kopior av DNA från ett intressant DNA-fragment eller en gen. Det finns skillnader mellan in vivo DNA-replikation och PCR. De nyckelskillnad mellan dessa två är det PCR utförs i en PCR-maskin vid upprätthållna temperaturer för att producera ett stort antal kopior av DNA medan DNA-replikation sker inuti kroppen vid kroppstemperatur för att producera två identiska kopior av en enda DNA-molekyl.

INNEHÅLL

1. Översikt och nyckelskillnad
2. Vad är PCR
3. Vad är DNA-replikation
4. Likheter mellan PCR och DNA-replikation
5. Side vid sida-jämförelse - PCR vs DNA-replikering i tabellform
6. Sammanfattning

Vad är PCR?

Polymeraskedjereaktion (PCR) är en in vitro DNA-amplifieringsteknik som rutinmässigt utförs i molekylära biologiska laboratorier. Denna metod möjliggjorde produktion av tusentals miljoner exemplar av ett särskilt intressant DNA-fragment. PCR introducerades av Kary Mullis 1980. I denna teknik tjänar det intresserade fragmentet av DNA som mall för att göra kopior. Enzymet som kallas Taq-polymeras används som DNA-polymerasenzymet, och det kommer att katalysera syntesen av nya strängar i DNA-fragmentet. Primers som finns i PCR-blandningen kommer att fungera som utgångspunkter för fragmentförlängningarna. Vid slutet av PCR-reaktionen kan många kopior av prov-DNA erhållas.

Alla ingredienser som är nödvändiga för att göra kopior av DNA ingår i PCR-blandningen. De är prov DNA, DNA-polymeras (Taq polymeras), primers (framåt och bakåt primers), nukleotider (byggstenar av DNA) och en buffert. PCR-reaktionen körs i en PCR-maskin, och den bör matas med rätt PCR-blandning och rätt PCR-program. Om reaktionsblandningen och programmet är korrekta kommer det att producera den erforderliga mängden kopior av en viss sektion av DNA från en mycket liten mängd DNA.

Det finns tre stora steg involverade i en PCR-reaktion, nämligen denaturering, primerglödgning och strängförlängning. Dessa tre steg uppstår vid tre olika temperaturer. DNA existerar som en dubbelsträngad helix. Två strängar är bundna av vätebindningar. Före amplifiering separeras dubbelsträngat DNA genom att ge en hög temperatur. Vid hög temperatur denatureras dubbelsträngat DNA i enstaka strängar. Därefter glöder primerna med de flankerande ändarna av det intresserade fragmentet eller DNA-genen. Primer är en kort bit av enkelsträngad DNA som är komplementär till ändarna av målsekvensen. Framåtriktad och omvänd primers glödgning med komplementära baser vid de flankerande ändarna av det denaturerade prov-DNA vid glödgningstemperaturen.

När primrar slamas med DNA initierar Taq-polymerasenzym syntesen av de nya strängarna genom tillsats av nukleotider som är komplementära till mall-DNA. Taq-polymeras är ett värmestabilt enzym som isoleras från en termofil bakterie som kallas Thermus aquaticus. PCR-bufferten upprätthåller de optimala betingelserna för Taq-polymerasverkan. Dessa tre steg av PCR-reaktion upprepas för att producera den erforderliga mängden av PCR-produkten. Vid varje PCR-reaktion fördubblas antalet DNA-kopior. Därför kan en exponentiell amplifiering observeras i PCR. PCR-produkten kan observeras med användning av gelelektrofores eftersom den producerar den synliga mängden DNA på en gel och den kan renas för ytterligare studier såsom sekvensering etc.

Figur 01: PCR

PCR är ett värdefullt verktyg inom medicinsk och biologisk forskning. Speciellt i rättsmedicinska studier har PCR ett enormt värde eftersom det kan förstärka DNA för studier från de små brottslingar och göra kriminaltekniska DNA-profiler. PCR används ofta i många områden av molekylärbiologin inklusive genotyping, genkloning, mutationsdetektering, DNA-sekvensering, DNA-mikroarrays och faderskapstest etc..

Vad är DNA-replikation?

DNA-replikation hänvisas till processen som producerar två identiska kopior av DNA från en DNA-molekyl. Det är en viktig process av biologiskt arv. DNA-replikation sker i alla levande organismer. Genen hos modercellen ska replikeras för att överlämna genomet i dottercellen. DNA replikationsprocessen har tre huvudsteg som kallas initiering, förlängning och uppsägning. Dessa steg katalyseras av olika enzymer. DNA-replikation börjar från den plats som kallas replikationsstart i cellernas genom. I genomet finns DNA i dubbelsträngad form. Dessa två strängar separeras i början av DNA-replikationen och det görs genom ATP-beroende DNA-helikas. Avvecklingen av DNA är den huvudsakliga händelsen som inträffar i initieringssteget. Genom att använda separerade DNA-strängar som mallar, syntetiserar DNA-polymeras de nya komplementära strängarna i mallsträngarna i 5 'till 3' riktning. Detta är steget som kallas töjning. Uppsägning sker när de två replikationsgafflarna möts med varandra i motsatta änden av föräldrakromosomen.

Figur 02: DNA-replikation

Annat än DNA-polymeras är flera enzymer såsom DNA-primas, DNA-helikas, DNA-ligas och Topoisomeras involverade i DNA-replikationen. En speciell egenskap hos in vivo-DNA-replikationen är att den producerar Okazaki-fragment. En sträng bildas kontinuerligt medan de andra formerna bildas i små bitar.

Vad är likheterna mellan PCR och DNA-replikation?

• I både PCR- och DNA-replikation separeras dubbelsträngat DNA från varandra.
• I både PCR- och DNA-replikationsprocesser kopieras DNA.
• Både PCR- och DNA-replikationsprocesser är verkligen viktiga.
• I både PCR- och DNA-replikationsprocesser är DNA-polymerasenzym involverat.

Vad är skillnaden mellan PCR och DNA-replikation?

PCR vs DNA-replikation
PCR är en in vitro Metod för DNA-amplifiering där tusentals till miljontals kopior av DNA produceras.	DNA Replication är en naturlig process som producerar två identiska kopior av DNA från en DNA-molekyl.
Steg
PCR har tre steg; denaturering, primerglödgning och strängförlängning.	DNA-replikation har tre steg; initiering, förlängning och uppsägning.
Inblandning av Primers
PCR behöver artificiella primers.	DNA-replikation behöver inte artificiella primers. Ett kort fragment av RNA är involverat i DNA-replikation.
Denaturering av Double-Strands
Dubbelsträngar separeras genom att man applicerar en hög temperatur i PCR.	Dubbelsträngar separeras från varandra genom enzymet DNA-helikas i DNA-replikation.
Enzym involverad
PCR använder Taq-polymeras.	DNA-replikation använder DNA-polymeras.
Temperatur
PCR förekommer vid tre olika temperaturer inne i en maskin.	DNA-replikation uppträder vid kroppstemperatur i kroppens levande organism.
In vivo eller In vitro
PCR är en in vitro metod.	DNA-replikation är en in vivo metod.

Sammanfattning - PCR vs DNA Replication

DNA-replikation är en process för att producera två identiska kopior av DNA från en enda DNA-molekyl. Det förekommer i alla levande organismer eftersom det erbjuder en metod att ge den genetiska informationen från förälder till avkomma. Den består av tre enzymatiskt katalyserade steg, nämligen initiering, förlängning och avslutning. DNA-replikation kan göras artificiellt i laboratoriet. PCR är ett sätt att producera ett stort antal kopior av DNA från det intresserade DNA. PCR utförs rutinmässigt i molekylära biologiska laboratorier eftersom det är en enkel metod att producera kopior av DNA. Detta är skillnaden mellan PCR och DNA-replikation.

Referens:

1. "DNA-replikering." Wikipedia, Wikimedia Foundation, 11 mars 2018. Tillgänglig här
2. "Polymeraskedjereaktion (PCR)." National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine. Tillgänglig här  
3. "Molekylär mekanism för DNA-replikation." Khan Academy. Tillgänglig här  

Image Courtesy:

1. "Polymeras kedjereaktion" Med Enzoklop - eget arbete, (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia  
2.DNA replikering split'Em jag, Madprime, (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia