Kľúčový rozdiel – PCR vs replikácia DNA
Replikácia DNA je prirodzený proces, ktorý sa vyskytuje v živých organizmoch. Zahŕňa produkciu dvoch identických kópií jednej molekuly DNA. Replikácia DNA je mimoriadne dôležitý proces biologickej dedičnosti. Genetická informácia sa prenáša z rodiča na potomka najmä vďaka schopnosti replikácie DNA. Ide teda o nevyhnutný proces, ktorý sa vyskytuje takmer vo všetkých živých organizmoch. Tento proces prebieha in vivo. Replikáciu DNA je však možné uskutočniť aj metódami in vitro. Polymerázová reťazová reakcia (PCR) je jednou z takýchto in vitro metód replikácie DNA. PCR je metóda amplifikácie DNA vykonávaná v laboratóriách. Vytvára tisíce až milióny kópií DNA zo zainteresovaného fragmentu DNA alebo génu. Existujú rozdiely medzi in vivo replikáciou DNA a PCR. Kľúčový rozdiel medzi týmito dvoma je v tom, že PCR sa vykonáva v stroji PCR pri udržiavaných teplotách, aby sa vytvorilo veľké množstvo kópií DNA, zatiaľ čo replikácia DNA prebieha vo vnútri tela pri telesnej teplote, aby sa vytvorili dve identické kópie jednej molekuly DNA.
Čo je to PCR?
Polymerázová reťazová reakcia (PCR) je in vitro technika amplifikácie DNA, ktorá sa bežne vykonáva v molekulárnych biologických laboratóriách. Táto metóda umožnila vyrobiť tisíce až milióny kópií obzvlášť zaujímavého fragmentu DNA. PCR zaviedol Kary Mullis v roku 1980. V tejto technike slúži zainteresovaný fragment DNA ako templát na vytváranie kópií. Enzým nazývaný Taq polymeráza sa používa ako enzým DNA polymeráza a bude katalyzovať syntézu nových vlákien fragmentu DNA. Priméry, ktoré sú v zmesi PCR, budú fungovať ako východiskové body pre predlžovanie fragmentov. Na konci PCR reakcie je možné získať veľa kópií vzorky DNA.
Všetky zložky, ktoré sú potrebné na vytvorenie kópií DNA, sú zahrnuté v zmesi PCR. Sú to vzorka DNA, DNA polymeráza (Taq polymeráza), priméry (priamy a reverzný primér), nukleotidy (stavebné bloky DNA) a pufor. Reakcia PCR prebieha v stroji PCR a mala by byť napájaná správnou zmesou PCR a správnym programom PCR. Ak je reakčná zmes a program správne, vytvorí sa požadované množstvo kópií konkrétnej časti DNA z veľmi malého množstva DNA.
Reakcia PCR zahŕňa tri hlavné kroky, a to denaturáciu, aneláciu primérov a predlžovanie reťazca. Tieto tri kroky prebiehajú pri troch rôznych teplotách. DNA existuje ako dvojvláknová špirála. Dve vlákna sú spojené vodíkovými väzbami. Pred amplifikáciou sa dvojvláknová DNA oddelí pri vysokej teplote. Pri vysokej teplote sa dvojvláknová DNA denaturovala na jednotlivé vlákna. Potom priméry anelujú s lemujúcimi koncami zainteresovaného fragmentu alebo génu DNA. Primér je krátky kúsok jednovláknovej DNA, ktorý je komplementárny ku koncom cieľovej sekvencie. Priamy a reverzný primér žíha s komplementárnymi bázami na lemujúcich koncoch denaturovanej vzorky DNA pri teplote žíhania.
Keď sa priméry anelujú s DNA, enzým Taq polymeráza iniciuje syntézu nových vlákien pridaním nukleotidov, ktoré sú komplementárne k templátovej DNA. Taq polymeráza je tepelne stabilný enzým, ktorý je izolovaný z termofilnej baktérie nazývanej Thermus aquaticus. Pufer PCR udržuje optimálne podmienky pre pôsobenie Taq polymerázy. Tieto tri stupne PCR reakcie sa opakujú, aby sa vytvorilo požadované množstvo produktu PCR. Pri každej PCR reakcii sa počet kópií DNA zdvojnásobí. V PCR je teda možné pozorovať exponenciálnu amplifikáciu. Produkt PCR možno pozorovať pomocou gélovej elektroforézy, pretože produkuje viditeľné množstvo DNA na géli a možno ho purifikovať pre ďalšie štúdie, ako je sekvenovanie atď.
Obrázok 01: PCR
PCR je cenným nástrojom v lekárskom a biologickom výskume. Najmä vo forenzných štúdiách má PCR obrovskú hodnotu, pretože môže amplifikovať DNA pre štúdie z malých vzoriek zločincov a vytvárať forenzné profily DNA. PCR sa široko používa v mnohých oblastiach molekulárnej biológie vrátane genotypovania, klonovania génov, detekcie mutácií, sekvenovania DNA, mikročipov DNA a testovania otcovstva atď.
Čo je replikácia DNA?
Replikácia DNA je proces, ktorý vytvára dve identické kópie DNA z jednej molekuly DNA. Je to dôležitý proces biologickej dedičnosti. K replikácii DNA dochádza vo všetkých živých organizmoch. Genóm rodičovskej bunky by sa mal replikovať, aby sa genóm odovzdal do dcérskej bunky. Proces replikácie DNA má tri hlavné kroky nazývané iniciácia, predĺženie a ukončenie. Tieto kroky sú katalyzované rôznymi enzýmami. Replikácia DNA začína od miesta nazývaného začiatok replikácie v genóme buniek. V genóme existuje DNA v dvojvláknovej forme. Tieto dve vlákna sú oddelené na začiatku replikácie DNA a robí to ATP dependentná DNA helikáza. Odvíjanie DNA je hlavnou udalosťou, ktorá sa vyskytuje v iniciačnom kroku. Použitím oddelených reťazcov DNA ako templátov syntetizuje DNA polymeráza nové komplementárne vlákna templátových reťazcov v smere od 5' do 3'. Toto je krok nazývaný predĺženie. K ukončeniu dôjde, keď sa dve replikačné vidlice stretnú na opačnom konci rodičovského chromozómu.
Obrázok 02: Replikácia DNA
Okrem DNA polymerázy sa na replikácii DNA podieľa niekoľko enzýmov, ako napríklad DNA primáza, DNA helikáza, DNA ligáza a topoizomeráza. Zvláštnosťou in vivo replikácie DNA je to, že produkuje Okazakiho fragmenty. Jeden prameň sa neustále formuje, zatiaľ čo druhý sa formuje v malých kúskoch.
Aké sú podobnosti medzi PCR a replikáciou DNA?
- Pri PCR aj replikácii DNA je dvojvláknová DNA od seba oddelená.
- Pri PCR aj v procese replikácie DNA sa DNA kopíruje.
- Procesy PCR aj replikácie DNA sú skutočne dôležité.
- Na procesoch PCR aj replikácie DNA sa podieľa enzým DNA polymeráza.
Aký je rozdiel medzi PCR a replikáciou DNA?
PCR vs replikácia DNA |
|
| PCR je in vitro metóda amplifikácie DNA, pri ktorej sa vytvárajú tisíce až milióny kópií DNA. | Replikácia DNA je prirodzený proces, ktorý vytvára dve identické kópie DNA z jednej molekuly DNA. |
| Kroky | |
| PCR má tri kroky; denaturácia, žíhanie primérov a predlžovanie reťazca. | Replikácia DNA má tri kroky; iniciácia, predĺženie a ukončenie. |
| Zapojenie primerov | |
| PCR potrebuje umelé primery. | Replikácia DNA nepotrebuje umelé priméry. Krátky fragment RNA sa podieľa na replikácii DNA. |
| Denaturácia dvojitých vlákien | |
| Dvojreťazce sú oddelené aplikáciou vysokej teploty v PCR. | Dvojité vlákna sú od seba oddelené enzýmom DNA helikáza pri replikácii DNA. |
| Involed Enzyme | |
| PCR používa Taq polymerázu. | Replikácia DNA využíva DNA polymerázu. |
| Teplota | |
| PCR prebieha pri troch rôznych teplotách vo vnútri zariadenia. | K replikácii DNA dochádza pri telesnej teplote v tele živého organizmu. |
| In vivo alebo in vitro | |
| PCR je metóda in vitro. | Replikácia DNA je metóda in vivo. |
Zhrnutie – PCR vs replikácia DNA
Replikácia DNA je proces výroby dvoch identických kópií DNA z jednej molekuly DNA. Vyskytuje sa vo všetkých živých organizmoch, pretože ponúka spôsob odovzdávania genetickej informácie z rodiča potomkom. Pozostáva z troch enzymaticky katalyzovaných krokov, a to iniciácie, predĺženia a ukončenia. Replikáciu DNA je možné vykonať umelo v laboratóriu. PCR je jedným zo spôsobov produkcie veľkého počtu kópií DNA zo zainteresovanej DNA. PCR sa bežne vykonáva v molekulárnych biologických laboratóriách, pretože ide o jednoduchý spôsob výroby kópií DNA. Toto je rozdiel medzi PCR a replikáciou DNA.
