nyckelskillnad – PCR vs DNA-replikation
DNA-replikation är en naturlig process som sker i levande organismer. Det innebär produktion av två identiska kopior av en DNA-molekyl. DNA-replikation är en extremt viktig process för biologiskt arv. Genetisk information överförs från förälder till avkomma främst på grund av förmågan till DNA-replikation. Därför är det en väsentlig process som förekommer i nästan alla levande organismer. Denna process sker in vivo. Men DNA-replikation kan också göras via in vitro-metoder. Polymeraskedjereaktion (PCR) är en sådan in vitro-metod för DNA-replikation. PCR är en DNA-amplifieringsmetod som utförs i laboratorier. Den producerar tusentals till miljontals kopior av DNA från ett intresserad DNA-fragment eller en gen. Det finns skillnader mellan in vivo DNA-replikation och PCR. Den viktigaste skillnaden mellan dessa två är att PCR utförs i en PCR-maskin vid bibehållna 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.
Vad är PCR?
Polymerase Chain Reaction (PCR) är en in vitro DNA-amplifieringsteknik som rutinmässigt utförs i molekylärbiologiska laboratorier. Denna metod möjliggjorde produktion av tusentals till miljontals kopior av ett särskilt intresserad DNA-fragment. PCR introducerades av Kary Mullis 1980. I denna teknik används det intresserade DNA-fragmentet som mall för att göra kopior. Enzymet som kallas Taq-polymeras används som DNA-polymerasenzym, och det kommer att katalysera syntesen av nya strängar av DNA-fragmentet. Primers som finns i PCR-blandningen kommer att fungera som utgångspunkter för fragmentförlängningarna. I slutet av PCR-reaktionen kan många kopior av provets 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 (framåtriktade och omvända primers), nukleotider (byggstenar av DNA) och en buffert. PCR-reaktionen körs i en PCR-maskin, och den bör matas med korrekt PCR-blandning och rätt PCR-program. Om reaktionsblandningen och programmet är korrekta kommer det att producera den erforderliga mängden kopior av en viss del av DNA från en mycket liten mängd DNA.
Det finns tre huvudsteg involverade i en PCR-reaktion, nämligen denaturering, primer-annealing och strängförlängning. Dessa tre steg sker vid tre olika temperaturer. DNA existerar som en dubbelsträngad helix. Två strängar är bundna med vätebindningar. Före amplifiering separeras dubbelsträngat DNA genom att ge en hög temperatur. Vid hög temperatur denaturerades dubbelsträngat DNA till enkelsträngar. Sedan hybridiserar primrarna med de flankerande ändarna av det intresserade fragmentet eller genen av DNA. Primer är en kort bit enkelsträngat DNA som är komplementär till målsekvensens ändar. Framåt- och bakåtprimrar hybridiserar med de komplementära baserna vid de flankerande ändarna av det denaturerade provets DNA vid hybridiseringstemperaturen.
När primers hybridiseras med DNA, initierar Taq-polymerasenzymet syntesen av de nya strängarna genom att lägga till nukleotider som är komplementära till mall-DNA. Taq-polymeras är ett värmestabilt enzym som är isolerat från en termofil bakterie som kallas Thermus aquaticus. PCR-buffert upprätthåller de optimala förhållandena för Taq-polymerasverkan. Dessa tre steg av PCR-reaktionen 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-produkt kan observeras med 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. Särskilt i krimin altekniska studier har PCR ett enormt värde eftersom det kan förstärka DNA för studier från de små proverna av brottslingarna och göra krimin altekniska DNA-profiler. PCR används i stor utsträckning inom många områden inom molekylärbiologin inklusive genotypning, genkloning, mutationsdetektion, DNA-sekvensering, DNA-mikroarrayer och faderskapstestning etc.
Vad är DNA-replikation?
DNA-replikation avser den process som producerar två identiska kopior av DNA från en DNA-molekyl. Det är en viktig process för biologiskt arv. DNA-replikation förekommer i alla levande organismer. Föräldercellens genom bör replikeras för att överföra genomet till dottercellen. DNA-replikationsprocessen har tre huvudsteg som kallas initiering, förlängning och avslutning. Dessa steg katalyseras av olika enzymer. DNA-replikation startar från den plats som kallas replikationsursprunget i cellens genom. I genomet finns DNA i dubbelsträngad form. Dessa två strängar separeras i början av DNA-replikationen, och det görs av ATP-beroende DNA-helikas. Avvecklingen av DNA är den viktigaste händelsen som inträffar i initieringssteget. Genom att använda separerade DNA-strängar som mallar, syntetiserar DNA-polymeras de nya komplementära strängarna av mallsträngarna i 5' till 3' riktning. Detta är steget som kallas förlängning. Avslutning sker när de två replikationsgafflarna möts med varandra på den motsatta änden av föräldrakromosomen.
Figur 02: DNA-replikering
Förutom 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 tråd formas kontinuerligt medan den andra formas i små bitar.
Vilka 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-replikering |
|
| PCR är en in vitro-metod för DNA-amplifiering där tusentals till miljontals kopior av DNA produceras. | DNA-replikering är en naturlig process som producerar två identiska kopior av DNA från en DNA-molekyl. |
| Steg | |
| PCR har tre steg; denaturering, primer-annealing och strängförlängning. | DNA-replikering har tre steg; initiering, förlängning och avslutning. |
| Involvering of Primers | |
| PCR behöver artificiella primers. | DNA-replikering behöver inte konstgjorda primers. Ett kort fragment av RNA är involverat i DNA-replikation. |
| Denaturering av dubbelsträngarna | |
| Dubbelsträngar separeras genom att applicera en hög temperatur i PCR. | Dubbelsträngar separeras från varandra av enzymet DNA-helikas i DNA-replikation. |
| Enzyme Involved | |
| PCR använder Taq-polymeras. | DNA-replikering använder DNA-polymeras. |
| Temperature | |
| PCR sker vid tre olika temperaturer inuti en maskin. | DNA-replikering sker vid kroppstemperatur i den levande organismens kropp. |
| In vivo eller In vitro | |
| PCR är en in vitro-metod. | DNA-replikering är en in vivo-metod. |
Sammanfattning – PCR vs DNA-replikering
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 för att ge genetisk information från förälder till avkomma. Den består av tre enzymatiskt katalyserade steg, nämligen initiering, förlängning och avslutning. DNA-replikation kan göras artificiellt i labbet. PCR är ett sätt att producera ett stort antal kopior av DNA från det intresserade DNA:t. PCR utförs rutinmässigt i molekylärbiologiska laboratorier eftersom det är en enkel metod att framställa kopior av DNA. Detta är skillnaden mellan PCR och DNA-replikation.
