Hauptunterschied – PCR vs. DNA-Replikation
DNA-Replikation ist ein natürlicher Prozess, der in lebenden Organismen stattfindet. Dabei werden zwei identische Kopien eines DNA-Moleküls hergestellt. Die DNA-Replikation ist ein äußerst wichtiger Prozess der biologischen Vererbung. Genetische Informationen werden hauptsächlich aufgrund der Fähigkeit zur DNA-Replikation von den Eltern an die Nachkommen weitergegeben. Daher ist es ein wesentlicher Prozess, der in fast allen lebenden Organismen stattfindet. Dieser Prozess findet in vivo statt. Die DNA-Replikation kann jedoch auch über In-vitro-Methoden durchgeführt werden. Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist eine solche In-vitro-Methode der DNA-Replikation. PCR ist eine DNA-Amplifikationsmethode, die in Labors durchgeführt wird. Es produziert Tausende bis Millionen von DNA-Kopien aus einem interessierenden DNA-Fragment oder einem Gen. Es gibt Unterschiede zwischen der In-vivo-DNA-Replikation und der PCR. Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden besteht darin, dass die PCR in einer PCR-Maschine bei gleichbleibenden Temperaturen durchgeführt wird, um eine große Anzahl von DNA-Kopien zu produzieren, während die DNA-Replikation im Körper bei Körpertemperatur stattfindet, um zwei identische Kopien eines einzelnen DNA-Moleküls zu produzieren.
Was ist PCR?
Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist eine In-vitro-DNA-Amplifikationstechnik, die routinemäßig in molekularbiologischen Labors durchgeführt wird. Diese Methode ermöglichte die Herstellung von Tausenden bis Millionen von Kopien eines besonders interessanten DNA-Fragments. Die PCR wurde 1980 von Kary Mullis eingeführt. Bei dieser Technik dient das interessierende DNA-Fragment als Vorlage für die Herstellung von Kopien. Das Enzym namens Taq-Polymerase wird als DNA-Polymerase-Enzym verwendet und katalysiert die Synthese neuer Stränge des DNA-Fragments. Primer, die sich in der PCR-Mischung befinden, dienen als Ausgangspunkte für die Fragmentverlängerungen. Am Ende der PCR-Reaktion können viele Kopien der Proben-DNA erh alten werden.
Alle Bestandteile, die zur Herstellung von DNA-Kopien erforderlich sind, sind in der PCR-Mischung enth alten. Sie sind Proben-DNA, DNA-Polymerase (Taq-Polymerase), Primer (Vorwärts- und Rückwärts-Primer), Nukleotide (Bausteine der DNA) und ein Puffer. Die PCR-Reaktion wird in einer PCR-Maschine durchgeführt und sollte mit der richtigen PCR-Mischung und dem richtigen PCR-Programm gefüttert werden. Wenn das Reaktionsgemisch und das Programm stimmen, wird es aus einer sehr kleinen Menge DNA die erforderliche Menge an Kopien eines bestimmten DNA-Abschnitts herstellen.
Es gibt drei Hauptschritte, die an einer PCR-Reaktion beteiligt sind, nämlich Denaturierung, Primer-Annealing und Strangverlängerung. Diese drei Schritte finden bei drei verschiedenen Temperaturen statt. DNA liegt als doppelsträngige Helix vor. Zwei Stränge sind durch Wasserstoffbrückenbindungen verbunden. Vor der Amplifikation wird doppelsträngige DNA durch Erhitzen getrennt. Bei hoher Temperatur denaturiert doppelsträngige DNA in Einzelstränge. Dann hybridisieren die Primer mit den flankierenden Enden des interessierenden Fragments oder des Gens der DNA. Primer ist ein kurzes Stück einzelsträngiger DNA, das komplementär zu den Enden der Zielsequenz ist. Forward- und Reverse-Primer annealen mit den komplementären Basen an den flankierenden Enden der denaturierten Proben-DNA bei der Annealing-Temperatur.
Wenn Primer mit DNA hybridisiert werden, initiiert das Taq-Polymerase-Enzym die Synthese der neuen Stränge, indem es Nukleotide hinzufügt, die komplementär zur Matrizen-DNA sind. Taq-Polymerase ist ein hitzestabiles Enzym, das aus einem thermophilen Bakterium namens Thermus aquaticus isoliert wird. Der PCR-Puffer hält die optimalen Bedingungen für die Wirkung der Taq-Polymerase aufrecht. Diese drei Stufen der PCR-Reaktion werden wiederholt, um die erforderliche Menge des PCR-Produkts herzustellen. Bei jeder PCR-Reaktion verdoppelt sich die Anzahl der DNA-Kopien. Daher kann bei der PCR eine exponentielle Amplifikation beobachtet werden. Das PCR-Produkt kann mittels Gelelektrophorese beobachtet werden, da es die sichtbare DNA-Menge auf einem Gel produziert und für weitere Studien wie Sequenzierung etc. gereinigt werden kann.
Abbildung 01: PCR
PCR ist ein wertvolles Werkzeug in der medizinischen und biologischen Forschung. Besonders in forensischen Studien hat die PCR einen immensen Wert, da sie DNA für Studien aus den winzigen Proben der Kriminellen amplifizieren und forensische DNA-Profile erstellen kann. PCR ist in vielen Bereichen der Molekularbiologie weit verbreitet, einschließlich Genotypisierung, Genklonierung, Mutationserkennung, DNA-Sequenzierung, DNA-Mikroarrays und Vaterschaftstests usw.
Was ist DNA-Replikation?
DNA-Replikation bezieht sich auf den Prozess, der zwei identische DNA-Kopien aus einem DNA-Molekül produziert. Es ist ein wichtiger Prozess der biologischen Vererbung. Die DNA-Replikation findet in allen lebenden Organismen statt. Das Genom der Elternzelle soll repliziert werden, um das Genom an die Tochterzelle weiterzugeben. Der DNA-Replikationsprozess besteht aus drei Hauptschritten, die als Initiation, Elongation und Termination bezeichnet werden. Diese Schritte werden durch verschiedene Enzyme katalysiert. Die DNA-Replikation beginnt an der Stelle, die im Genom der Zelle als Replikationsursprung bezeichnet wird. Im Genom liegt DNA in doppelsträngiger Form vor. Diese beiden Stränge werden zu Beginn der DNA-Replikation getrennt, und zwar durch ATP-abhängige DNA-Helikase. Das Abwickeln der DNA ist das Hauptereignis, das im Initiationsschritt auftritt. Durch die Verwendung getrennter DNA-Stränge als Matrizen synthetisiert die DNA-Polymerase die neuen komplementären Stränge der Matrizenstränge in 5'- bis 3'-Richtung. Dies ist der Schritt, der Verlängerung genannt wird. Termination tritt auf, wenn die beiden Replikationsgabeln am gegenüberliegenden Ende des elterlichen Chromosoms aufeinandertreffen.
Abbildung 02: DNA-Replikation
Außer der DNA-Polymerase sind mehrere Enzyme wie DNA-Primase, DNA-Helikase, DNA-Ligase und Topoisomerase an der DNA-Replikation beteiligt. Eine Besonderheit der in vivo DNA-Replikation ist, dass sie Okazaki-Fragmente produziert. Ein Strang wird kontinuierlich geformt, während sich der andere in kleinen Stücken bildet.
Was sind die Ähnlichkeiten zwischen PCR und DNA-Replikation?
- Sowohl bei der PCR als auch bei der DNA-Replikation wird doppelsträngige DNA voneinander getrennt.
- Bei PCR- und DNA-Replikationsprozessen wird DNA kopiert.
- PCR- und DNA-Replikationsprozesse sind wirklich wichtig.
- Sowohl bei PCR- als auch bei DNA-Replikationsprozessen ist das DNA-Polymerase-Enzym beteiligt.
Was ist der Unterschied zwischen PCR und DNA-Replikation?
PCR vs. DNA-Replikation |
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| PCR ist eine In-vitro-Methode zur DNA-Amplifikation, bei der Tausende bis Millionen von DNA-Kopien hergestellt werden. | DNA-Replikation ist ein natürlicher Prozess, der zwei identische DNA-Kopien aus einem DNA-Molekül produziert. |
| Schritte | |
| PCR besteht aus drei Schritten; Denaturierung, Primer-Annealing und Strangverlängerung. | DNA-Replikation besteht aus drei Schritten; Initiierung, Verlängerung und Beendigung. |
| Beteiligung von Primern | |
| PCR benötigt künstliche Primer. | DNA-Replikation benötigt keine künstlichen Primer. Ein kurzes RNA-Fragment ist an der DNA-Replikation beteiligt. |
| Denaturierung der Doppelstränge | |
| Bei der PCR werden Doppelstränge durch Anwendung hoher Temperatur getrennt. | Doppelstränge werden bei der DNA-Replikation durch das Enzym DNA-Helikase voneinander getrennt. |
| Enzym beteiligt | |
| PCR verwendet Taq-Polymerase. | DNA-Replikation verwendet DNA-Polymerase. |
| Temperatur | |
| PCR findet bei drei verschiedenen Temperaturen in einer Maschine statt. | Die DNA-Replikation findet bei Körpertemperatur im Körper des lebenden Organismus statt. |
| In vivo oder In vitro | |
| PCR ist eine In-vitro-Methode. | DNA-Replikation ist eine In-vivo-Methode. |
Zusammenfassung – PCR vs. DNA-Replikation
DNA-Replikation ist ein Prozess, bei dem zwei identische DNA-Kopien aus einem einzigen DNA-Molekül hergestellt werden. Es kommt in allen lebenden Organismen vor, da es eine Methode bietet, die genetische Information von den Eltern an die Nachkommen weiterzugeben. Es besteht aus drei enzymatisch katalysierten Schritten, nämlich Initiation, Elongation und Termination. Die DNA-Replikation kann künstlich im Labor durchgeführt werden. PCR ist eine Möglichkeit, aus der interessierenden DNA eine große Anzahl von DNA-Kopien herzustellen. PCR wird routinemäßig in molekularbiologischen Labors durchgeführt, da es sich um eine einfache Methode zur Herstellung von DNA-Kopien handelt. Das ist der Unterschied zwischen PCR und DNA-Replikation.
