Name: Luc, 2018-01
Die DNA-Replikation ist der natürliche Mechanismus, welcher in den Zellen aller Lebewesen stattfindet. Die Polymerasekettenreaktion (PCR) ist hingegen ein Prozess in vitro, der sich dieses Mechanismus bedient, um eine künstliche DNA-Vervielfältigung zu gewährleisten.
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PCR |
DNA-Replikation |
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DNA-Doppelstrang wird durch Denaturierung (hohe Temperatur ca. 95 C) |
DNA Doppelstrang wird durch das Enzym Helicase aufgetrennt |
| Künstliche DNA-Primer gesetzt (längere Primer) |
RNA-Primer durch Primase gesetzt (kürzere Primer) |
| Verläuft an beiden Einzelsträngen kontinuierlich (verläuft immer von 3' zu 5') |
Verläuft am Leitstrang kontinuierlich und am Folgestrang diskontinuierlich |
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Verwendung von Taq-Polymerase, da diese hitzebeständiger ist |
Verwendung von DNA-Polymerase |
Unterschiede zwischen PCR und DNA-Vervielfältigung:
Ziel
Bei einem Vergleich unterscheiden sich bereits die Ziele der beiden Prozesse. So ist das Ziel der PCR nicht wie bei der Replikation die Verdopplung des Erbgutes um die Zellteilung ermöglichen zu können, sondern eine genetisch identische Vervielfältigung eines gewissen DNA-Abschnittes, um ihn für weitere Verfahren wie die Gelelektrophorese verwenden zu können.
Verwendete Enzyme
PCR: Taq-Polymerase
Replikation (Prokaryoten): Gyrase, Helicase, DNA-Polymerase, Ligase, RNase H, Primase, DNA-Reparatur-Polymerase
Initiation
Bei der Trennung der beiden DNA-Einzelstränge wird bei der Replikation das Enzym Helicase verwendet. Diese Aufgabe wird bei der PCR durch den Teilschritt der Denaturierung (hohe Temperatur ca.95 Grad Celsius) übernommen, wobei keine Enzyme zur Verwendung kommen.
Größe der DNA
Die Replikation repliziert die gesamte DNA und es bilden sich Replikationsblasen, da mehrere Origins für eine schnellere Vervielfältigung sorgen. Bei der PCR wird immer nur ein kleines Fragment der DNA vervielfältigt und es bilden sich keine Replikationsblasen.
Primer
Bei der PCR werden nur zwei (pro Zyklus) im Labor synthetisierte, spezifische DNA-Primer (kürzere Primer) verwendet. Sie verlaufen an beiden Strängen kontinuierlich. Die Replikation benötigt am Leitstrang nur einen RNA-Primer, wo sie ebenfalls kontinuierlich verläuft am Folgestrang sehr viele, aufgrund der nicht vollständigen Trennung der DNA, welche in Richtung Strangende repliziert wird. Die DNA-Polymerase trifft auf bereits replizierte Bereiche und fängt von vorne an.
Polymerase
Eine Taq-Polymerase (hitzebeständiges Enzym) setzt am Primer an (3’-Ende des Primers) und repliziert in 5’ zu 3’ Richtung. Bei der Replikation setzt sich eine DNA-Polymerase an die Primer an (3’- Ende des Primers) und repliziert in 5’ zu 3’ Richtung.
Gemeinsamkeiten von PCR und DNA-Replikation
Energiegewinnung: Zur Ergänzung der Einzelstränge werden in beiden Fällen Nukleosidtriphosphate verwendet, welche Energie freisetzen, in dem sich je zwei Phosphate abspalten.