Ключевая разница – ПЦР и репликация ДНК
Репликация ДНК - естественный процесс, происходящий в живых организмах. Он включает в себя производство двух идентичных копий одной молекулы ДНК. Репликация ДНК является чрезвычайно важным процессом биологического наследования. Генетическая информация передается от родителя к потомству в основном благодаря способности к репликации ДНК. Следовательно, это важный процесс, который происходит почти во всех живых организмах. Этот процесс происходит в естественных условиях. Однако репликация ДНК также может быть осуществлена с помощью методов in vitro. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) является одним из таких методов репликации ДНК in vitro. ПЦР - это метод амплификации ДНК, проводимый в лабораториях. Он производит от тысяч до миллионов копий ДНК из интересующего фрагмента ДНК или гена. Существуют различия между репликацией ДНК in vivo и ПЦР. Ключевое различие между ними заключается в том, что ПЦР проводится в ПЦР-аппарате при поддерживаемой температуре для получения большого количества копий ДНК, в то время как репликация ДНК происходит внутри тела при температуре тела для получения двух идентичных копий одной молекулы ДНК.
Что такое ПЦР?
Полимеразная цепная реакция (ПЦР) - это метод амплификации ДНК in vitro, который обычно применяется в молекулярно-биологических лабораториях. Этот метод позволял производить от тысяч до миллионов копий интересующего фрагмента ДНК. ПЦР был введен Кэри Маллисом в 1980 году. В этом методе интересующий фрагмент ДНК служит матрицей для создания копий. Фермент под названием Taq-полимераза используется в качестве фермента ДНК-полимеразы и катализирует синтез новых цепей фрагмента ДНК. Праймеры, содержащиеся в смеси для ПЦР, будут служить отправными точками для удлинения фрагментов. В конце реакции ПЦР можно получить множество копий ДНК образца.
Все ингредиенты, необходимые для создания копий ДНК, включены в смесь ПЦР. Это образец ДНК, ДНК-полимераза (Taq-полимераза), праймеры (прямой и обратный праймеры), нуклеотиды (строительные блоки ДНК) и буфер. Реакция ПЦР проводится на машине ПЦР, и в нее должна подаваться правильная смесь ПЦР и правильная программа ПЦР. Если реакционная смесь и программа верны, она произведет необходимое количество копий определенного участка ДНК из очень небольшого количества ДНК.
ПЦР включает три основных этапа, а именно денатурацию, отжиг праймеров и удлинение цепи. Эти три стадии происходят при трех разных температурах. ДНК существует в виде двухцепочечной спирали. Две нити соединены водородными связями. Перед амплификации двухцепочечная ДНК отделяется при высокой температуре. При высокой температуре двухцепочечная ДНК денатурирует до одноцепочечной. Затем праймеры отжигают с фланкирующими концами интересующего фрагмента или гена ДНК. Праймер представляет собой короткий фрагмент одноцепочечной ДНК, комплементарный концам последовательности-мишени. Прямые и обратные праймеры отжигают с комплементарными основаниями на фланкирующих концах ДНК денатурированного образца при температуре отжига.
Когда праймеры отжигаются с ДНК, фермент Taq-полимераза инициирует синтез новых цепей путем добавления нуклеотидов, комплементарных ДНК-матрице. Taq-полимераза представляет собой термостабильный фермент, выделенный из термофильной бактерии под названием Thermus aquaticus. Буфер ПЦР поддерживает оптимальные условия для действия полимеразы Taq. Эти три стадии реакции ПЦР повторяются для получения необходимого количества продукта ПЦР. При каждой ПЦР количество копий ДНК удваивается. Следовательно, в ПЦР можно наблюдать экспоненциальную амплификацию. Продукт ПЦР можно наблюдать с помощью гель-электрофореза, поскольку он дает видимое количество ДНК на геле, и его можно очистить для дальнейших исследований, таких как секвенирование и т. д.
Рисунок 01: ПЦР
ПЦР является ценным инструментом в медицинских и биологических исследованиях. Особенно в криминалистических исследованиях ПЦР имеет огромное значение, поскольку она может амплифицировать ДНК для исследований из крошечных образцов преступников и составлять криминалистические профили ДНК. ПЦР широко используется во многих областях молекулярной биологии, включая генотипирование, клонирование генов, обнаружение мутаций, секвенирование ДНК, ДНК-микрочипы, тестирование на отцовство и т. д.
Что такое репликация ДНК?
Репликация ДНК относится к процессу, который производит две идентичные копии ДНК из одной молекулы ДНК. Это важный процесс биологического наследования. Репликация ДНК происходит во всех живых организмах. Геном родительской клетки должен быть реплицирован, чтобы передать геном дочерней клетке. Процесс репликации ДНК состоит из трех основных этапов, называемых инициацией, элонгацией и терминацией. Эти стадии катализируются различными ферментами. Репликация ДНК начинается с места, называемого началом репликации в геноме клеток. В геноме ДНК существует в двухцепочечной форме. Эти две нити разделяются в начале репликации ДНК, и это осуществляется АТФ-зависимой геликазой ДНК. Раскручивание ДНК является основным событием, происходящим на этапе инициации. Используя разделенные цепи ДНК в качестве матриц, ДНК-полимераза синтезирует новые комплементарные цепи цепей матрицы в направлении от 5’ к 3’. Это шаг, называемый удлинением. Терминация происходит, когда две репликационные вилки встречаются друг с другом на противоположном конце родительской хромосомы.
Рисунок 02: Репликация ДНК
Помимо ДНК-полимеразы, в репликации ДНК участвуют несколько ферментов, таких как ДНК-примаза, ДНК-хеликаза, ДНК-лигаза и топоизомераза. Особенностью репликации ДНК in vivo является то, что при ней образуются фрагменты Оказаки. Одна нить формируется непрерывно, а другая формируется небольшими кусочками.
Каковы сходства между ПЦР и репликацией ДНК?
- И в ПЦР, и в репликации ДНК двухцепочечная ДНК отделена друг от друга.
- И в ПЦР, и в процессах репликации ДНК ДНК копируется.
- И ПЦР, и процессы репликации ДНК действительно важны.
- И в ПЦР, и в процессах репликации ДНК участвует фермент ДНК-полимераза.
В чем разница между ПЦР и репликацией ДНК?
ПЦР против репликации ДНК |
|
| ПЦР - это метод амплификации ДНК in vitro, при котором производятся от тысяч до миллионов копий ДНК. | Репликация ДНК - это естественный процесс, при котором из одной молекулы ДНК образуются две идентичные копии ДНК. |
| Шаги | |
| ПЦР состоит из трех этапов; денатурация, отжиг праймеров и удлинение цепи. | Репликация ДНК состоит из трех этапов; инициация, удлинение и терминация. |
| Привлечение праймеров | |
| ПЦР нужны искусственные праймеры. | Репликация ДНК не нуждается в искусственных праймерах. Короткий фрагмент РНК участвует в репликации ДНК. |
| Денатурация двойных цепей | |
| Двойные нити разделяются путем применения высокой температуры в ПЦР. | Двойные нити отделены друг от друга ферментом ДНК-хеликазой при репликации ДНК. |
| Вовлеченный фермент | |
| ПЦР использует полимеразу Taq. | Репликация ДНК использует ДНК-полимеразу. |
| Температура | |
| ПЦР происходит при трех разных температурах внутри машины. | Репликация ДНК происходит при температуре тела в теле живого организма. |
| In vivo или In vitro | |
| ПЦР – метод in vitro. | Репликация ДНК – это метод in vivo. |
Резюме – ПЦР и репликация ДНК
Репликация ДНК - это процесс получения двух идентичных копий ДНК из одной молекулы ДНК. Это происходит во всех живых организмах, поскольку предлагает метод передачи генетической информации от родителей к потомству. Он состоит из трех ферментативно катализируемых стадий, а именно инициации, элонгации и терминации. Репликация ДНК может быть сделана искусственно в лаборатории. ПЦР - это один из способов получения большого количества копий ДНК из интересующей ДНК. ПЦР обычно проводится в молекулярно-биологических лабораториях, поскольку это простой метод получения копий ДНК. В этом разница между ПЦР и репликацией ДНК.
