Ключова разлика – PCR срещу репликация на ДНК
Репликацията на ДНК е естествен процес, който протича в живите организми. Това включва производството на две идентични копия на една ДНК молекула. Репликацията на ДНК е изключително важен процес на биологично наследяване. Генетичната информация се предава от родител на потомство главно поради способността за репликация на ДНК. Следователно това е основен процес, който се случва в почти всички живи организми. Този процес протича in vivo. Репликацията на ДНК обаче може да се извърши и чрез in vitro методи. Полимеразна верижна реакция (PCR) е един такъв in vitro метод за репликация на ДНК. PCR е метод за амплификация на ДНК, извършван в лаборатории. Той произвежда хиляди до милиони копия на ДНК от заинтересован ДНК фрагмент или ген. Има разлики между in vivo ДНК репликация и PCR. Ключовата разлика между тези две е, че PCR се извършва в PCR машина при поддържани температури, за да се произведе голям брой копия на ДНК, докато репликацията на ДНК се извършва вътре в тялото при телесна температура, за да се произведат две идентични копия на една ДНК молекула.
Какво е PCR?
Полимеразната верижна реакция (PCR) е in vitro техника за амплификация на ДНК, която се извършва рутинно в молекулярно-биологични лаборатории. Този метод позволява производството на хиляди до милиони копия на особено интересуващ се ДНК фрагмент. PCR е въведен от Kary Mullis през 1980 г. При тази техника интересуващият се фрагмент от ДНК служи като шаблон за правене на копия. Ензимът, наречен Taq полимераза, се използва като ензим ДНК полимераза и ще катализира синтеза на нови вериги на ДНК фрагмента. Праймерите, които са в PCR сместа, ще работят като отправни точки за разширенията на фрагментите. В края на PCR реакцията могат да бъдат получени много копия на пробата ДНК.
Всички съставки, необходими за създаване на копия на ДНК, са включени в PCR сместа. Те са проба ДНК, ДНК полимераза (Taq полимераза), праймери (прав и обратен праймери), нуклеотиди (градивни елементи на ДНК) и буфер. PCR реакцията се провежда в PCR машина и трябва да се захранва с правилна PCR смес и правилната PCR програма. Ако реакционната смес и програмата са правилни, тя ще произведе необходимото количество копия на определен участък от ДНК от много малко количество ДНК.
Има три основни стъпки, включени в PCR реакцията, а именно денатурация, отгряване на праймера и удължаване на веригата. Тези три стъпки се случват при три различни температури. ДНК съществува като двойноверижна спирала. Две нишки са свързани с водородни връзки. Преди амплификация, двойноверижната ДНК се разделя чрез придаване на висока температура. При висока температура двойноверижната ДНК се денатурира в единични вериги. След това праймерите се свързват със страничните краища на интересуващия се фрагмент или гена на ДНК. Праймерът е къса част от едноверижна ДНК, която е комплементарна на краищата на целевата последователност. Правите и обратните праймери се отгряват с комплементарните бази в страничните краища на денатурираната проба ДНК при температурата на отгряване.
Когато праймерите се свържат с ДНК, ензимът Taq полимераза инициира синтеза на новите вериги чрез добавяне на нуклеотиди, които са комплементарни на шаблонната ДНК. Taq полимеразата е термостабилен ензим, който е изолиран от термофилна бактерия, наречена Thermus aquaticus. PCR буферът поддържа оптималните условия за Taq полимеразното действие. Тези три етапа на PCR реакцията се повтарят, за да се получи необходимото количество от PCR продукта. При всяка PCR реакция броят на ДНК копията се удвоява. Следователно при PCR може да се наблюдава експоненциално усилване. PCR продуктът може да се наблюдава с помощта на гел електрофореза, тъй като той произвежда видимото количество ДНК върху гел и може да бъде пречистен за по-нататъшни изследвания, като секвениране и др.
Фигура 01: PCR
PCR е ценен инструмент в медицинските и биологични изследвания. Особено в криминалистичните изследвания PCR има огромна стойност, тъй като може да амплифицира ДНК за изследвания от малки проби на престъпниците и да направи съдебномедицински ДНК профили. PCR се използва широко в много области на молекулярната биология, включително генотипиране, генно клониране, откриване на мутации, ДНК секвениране, ДНК микрочипове и тестове за бащинство и др.
Какво е репликация на ДНК?
ДНК репликацията се отнася до процеса, който произвежда две идентични копия на ДНК от една ДНК молекула. Това е важен процес на биологично наследяване. Репликацията на ДНК се случва във всички живи организми. Геномът на родителската клетка трябва да бъде репликиран, за да се предаде геномът на дъщерната клетка. Процесът на репликация на ДНК има три основни стъпки, наречени иницииране, удължаване и прекратяване. Тези стъпки се катализират от различни ензими. Репликацията на ДНК започва от мястото, наречено начало на репликация в генома на клетките. В генома ДНК съществува в двуверижна форма. Тези две вериги се разделят в началото на репликацията на ДНК и това се извършва от ATP-зависима ДНК хеликаза. Размотаването на ДНК е основното събитие, което се случва в етапа на започване. Чрез използване на разделени ДНК вериги като шаблони, ДНК полимеразата синтезира новите допълващи се вериги на шаблонните вериги в посока 5' към 3'. Това е стъпката, наречена удължаване. Прекратяването настъпва, когато двете репликационни вилки се срещнат една с друга в противоположния край на родителската хромозома.
Фигура 02: Репликация на ДНК
Освен ДНК полимеразата, няколко ензима като ДНК праймаза, ДНК хеликаза, ДНК лигаза и топоизомераза участват в репликацията на ДНК. Специална характеристика на in vivo репликацията на ДНК е, че тя произвежда фрагменти на Okazaki. Едната нишка се оформя непрекъснато, докато другата се оформя на малки парчета.
Какви са приликите между PCR и репликацията на ДНК?
- Както при PCR, така и при репликация на ДНК, двойноверижната ДНК се отделя една от друга.
- И в двата процеса на репликация на PCR и ДНК, ДНК се копира.
- Процесите на PCR и репликация на ДНК са наистина важни.
- В процесите както на PCR, така и на репликация на ДНК участва ензимът ДНК полимераза.
Каква е разликата между PCR и ДНК репликация?
PCR срещу репликация на ДНК |
|
| PCR е in vitro метод за амплификация на ДНК, при който се произвеждат хиляди до милиони копия на ДНК. | Репликацията на ДНК е естествен процес, който произвежда две идентични копия на ДНК от една ДНК молекула. |
| Стъпки | |
| PCR има три стъпки; денатурация, отгряване на грунд и удължаване на нишка. | Репликацията на ДНК има три стъпки; начало, удължаване и завършване. |
| Участие на праймери | |
| PCR се нуждае от изкуствени праймери. | ДНК репликацията не се нуждае от изкуствени праймери. Кратък фрагмент от РНК участва в репликацията на ДНК. |
| Денатуриране на двойните нишки | |
| Двойните нишки се разделят чрез прилагане на висока температура в PCR. | Двойните вериги са разделени една от друга от ензима ДНК хеликаза при репликацията на ДНК. |
| Включен ензим | |
| PCR използва Taq полимераза. | ДНК репликацията използва ДНК полимераза. |
| Температура | |
| PCR се извършва при три различни температури вътре в машината. | Репликацията на ДНК става при телесна температура в тялото на живия организъм. |
| In vivo или In vitro | |
| PCR е ин витро метод. | ДНК репликацията е in vivo метод. |
Резюме – PCR срещу репликация на ДНК
ДНК репликацията е процес на производство на две идентични копия на ДНК от една ДНК молекула. Среща се във всички живи организми, тъй като предлага метод за предаване на генетична информация от родител на потомство. Състои се от три ензимно катализирани стъпки, а именно иницииране, удължаване и прекратяване. Репликацията на ДНК може да се направи изкуствено в лабораторията. PCR е един от начините за производство на голям брой копия на ДНК от интересуващата се ДНК. PCR се извършва рутинно в молекулярно-биологични лаборатории, тъй като е лесен метод за производство на копия на ДНК. Това е разликата между PCR и репликацията на ДНК.
