Ποια είναι η διαφορά μεταξύ PCR και αντιγραφής DNA

Η κύρια διαφορά μεταξύ PCR και αντιγραφής DNA είναι ότι PCR είναι  an  in vitro διαδικασία που συνθέτει DNA, ενώ η αντιγραφή του DNA είναι η in vivo διαδικασία σύνθεσης DNA .

Η PCR και η αντιγραφή του DNA είναι δύο διαδικασίες που είναι υπεύθυνες για τη σύνθεση του DNA. Το ένζυμο που είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση DNA στην PCR είναι μια θερμόφιλη πολυμεράση DNA όπως το Taq πολυμεράση ενώ το ένζυμο που είναι υπεύθυνο για την αντιγραφή του DNA είναι η DNA πολυμεράση. Επιπλέον, η PCR χρησιμοποιεί εκκινητές DNA ενώ η αντιγραφή DNA χρησιμοποιεί εκκινητές RNA που συντίθενται από RNA πριμάση.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται  

1. Τι είναι η PCR
     – Ορισμός, Διαδικασία, Σημασία
2. Τι είναι η αντιγραφή DNA
      – Ορισμός, Διαδικασία, Σημασία
3. Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ της PCR και της αντιγραφής DNA
      – Περίληψη κοινών χαρακτηριστικών
4. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ PCR και αντιγραφής DNA
      – Σύγκριση βασικών διαφορών

Βασικοί όροι 

DNA Polymerase, DNA Replication, PCR (Polymerase Chain Reaction), Primers, Taq Polymerase

Τι είναι η PCR 

PCR (αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης ) είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη μοριακή βιολογική τεχνική για την παραγωγή χιλιάδων έως εκατομμυρίων αντιγράφων ενός συγκεκριμένου θραύσματος DNA μέσω της εκθετικής ενίσχυσης. Αναπτύχθηκε από τον Kary Mullis το 1983. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό της PCR είναι ότι βασίζεται στον θερμικό κύκλο. Ως εκ τούτου, επιτρέπει να συμβούν διαφορετικές αντιδράσεις που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία, συμπεριλαμβανομένης της τήξης του DNA και του πολυμερισμού του DNA που βασίζεται σε ένζυμα. Από την άλλη πλευρά, τα δύο κύρια αντιδραστήρια που χρησιμοποιούνται στην PCR είναι οι εκκινητές DNA, οι οποίοι είναι συμπληρωματικοί προς την αλληλουχία στόχο και μια σταθερή στη θερμότητα πολυμεράση DNA όπως το Taq πολυμεράση, απομονωμένη από το θερμόφιλο βακτήριο Thermus aquaticus. Εν τω μεταξύ, οι εκκινητές προς τα εμπρός και ανάστροφα PCR πλαισιώνουν την περιοχή που πρόκειται να πολυμεριστεί στο θραύσμα DNA.

Εικόνα 1:Αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης

Επιπλέον, τα τρία κύρια βήματα που εμπλέκονται σε μια PCR είναι: 

1. Μετουσίωση – Τήξη διπλού DNA σε δύο μονούς κλώνους με θέρμανση στους 94-95 °C.
2. Ανόπτηση – Η σύνδεση των εμπρόσθιων και ανάστροφων εκκινητών στις συμπληρωματικές αλληλουχίες στο πρότυπο. Η θερμοκρασία αυτού του σταδίου εξαρτάται από τη θερμοκρασία τήξης του συνδυασμού ασταριού.
3. Επέκταση εκκινητή – Το ένζυμο πολυμεράσης DNA επεκτείνει καθέναν από τους εκκινητές στο 3' άκρο τους προσθέτοντας συμπληρωματικές βάσεις στον αναπτυσσόμενο κλώνο. Η βέλτιστη θερμοκρασία του Taq πολυμεράση, 72 °C χρησιμοποιείται ως θερμοκρασία στο βήμα επέκτασης. Ο χρόνος της επέκτασης εξαρτάται από τον αριθμό των ζευγών βάσεων στο σκέλος του προτύπου.

Γενικά, τα τρία βήματα επαναλαμβάνονται για 30-40 φορές κατά τη διάρκεια της PCR για να επιτευχθεί μια εκθετική ανάπτυξη του θραύσματος DNA που μας ενδιαφέρει.

Τι είναι η αντιγραφή DNA 

Η αντιγραφή DNA είναι η βιολογική διαδικασία που είναι υπεύθυνη για τη σύνθεση δύο πανομοιότυπων αντιγράφων DNA από ένα αντίγραφο. Επιπλέον, είναι η βάση της βιολογικής κληρονομικότητας και βοηθά τα κύτταρα να υποστούν κυτταρική διαίρεση. Επιπλέον, ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά της αντιγραφής του DNA είναι η ημισυντηρητική αντιγραφή. Κάθε κλώνος DNA στο διπλό DNA χρησιμεύει ως πρότυπο για τη σύνθεση ενός νέου κλώνου DNA, το οποίο είναι συμπληρωματικό σε αυτό. Επιπλέον, ένα σύνολο πρωτεϊνών συμμετέχει στην αντιγραφή του DNA. Βασικά, είναι ελικάση DNA για την εκτύλιξη διπλής όψης DNA, πολυμεράση DNA για πολυμερισμό DNA, σφιγκτήρας DNA για την πρόληψη της διάστασης της πολυμεράσης DNA, πρωτεΐνες δέσμευσης μονής αλυσίδας για σταθεροποίηση μονόκλωνου DNA, τοποϊσομεράση για χαλάρωση κλώνων DNA κατά τον πολυμερισμό, λιγάση DNA για απολίνωση Θραύσματα Okazaki, πριμάση για τη σύνθεση εκκινητών RNA και τελομεράση για επιμήκυνση του τελομερούς DNA.

Εικόνα 2:Αντιγραφή DNA

Επιπλέον, η αντιγραφή του DNA είναι μια συνεχής διαδικασία και τα τρία βήματα στην αντιγραφή του DNA είναι: 

1. Έναρξη – Έναρξη αντιγραφής DNA στην αρχή της αντιγραφής με τη βοήθεια του συμπλέγματος αναγνώρισης προέλευσης.
2. Επιμήκυνση – Σύνθεση DNA στην κατεύθυνση 5′ προς 3′ τόσο στον οδηγό όσο και στον υστερούντα κλώνο από την DNA πολυμεράση. Κατά την επιμήκυνση, σχηματίζεται η διχάλα αντιγραφής. Επίσης, ο πολυμερισμός στον οδηγό κλώνο είναι συνεχής και ο πολυμερισμός στον υστερούντα κλώνο συμβαίνει μέσω του σχηματισμού θραυσμάτων Okazaki.
3. Τερματισμός – Μπλοκάρισμα της αντιγραφής του DNA από έναν συνδυασμό μιας αλληλουχίας θέσης τερματισμού στο DNA και μιας πρωτεΐνης που δεσμεύεται σε αυτήν την αλληλουχία για να σταματήσει φυσικά την αντιγραφή του DNA.

Similarities Between PCR and DNA Replication 

• Η PCR και η αντιγραφή του DNA είναι δύο διαδικασίες σύνθεση DNA.
• Και τα δύο είναι αλυσιδωτές αντιδράσεις πολυμερισμού.
• Επιπλέον, προχωρούν στο 5′ σε κατεύθυνση 3′ σε κάθε σκέλος.
• Ως εκ τούτου, ο πολυμερισμός των δύο DNA σκέλη, τα οποία είναι αντιπαράλληλα εμφανίζεται σε αντίθετες κατευθύνσεις.
• Επίσης, τα ένζυμα πολυμερισμού DNA πραγματοποιούν και τα δύο διαδικασίες.
• Η κύρια λειτουργία αυτών των ενζύμων για προσθήκη συμπληρωματικές βάσεις του αναπτυσσόμενου κλώνου.
• Επιπλέον, και οι δύο διεργασίες χρησιμοποιούν εκκινητές, οι οποίοι είναι μικρά ολιγονουκλεοτιδικά θραύσματα συμπληρωματικά του DNA.
• Οι εκκινητές είναι υπεύθυνοι για την έναρξη του DNA σύνθεση.
• Και οι δύο διαδικασίες χρησιμοποιούν το υπάρχον DNA ως DNA πρότυπο για τη σύνθεση νέου DNA.
• Επομένως, εμφανίζονται με ημισυντηρητικό τρόπο .
• Χρησιμοποιούν νουκλεοτίδια δεοξυριβόζης ως υποστρώματα.

Διαφορά μεταξύ PCR και αντιγραφής DNA 

Ορισμός 

Η PCR (αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης) αναφέρεται σε μια μέθοδο που χρησιμοποιείται ευρέως στη μοριακή βιολογία για τη δημιουργία πολλών αντιγράφων ενός συγκεκριμένου τμήματος DNA, ενώ η αντιγραφή DNA αναφέρεται στη βιολογική διαδικασία παραγωγής δύο πανομοιότυπων αντιγράφων DNA από ένα αρχικό μόριο DNA. Έτσι, αυτή είναι η κύρια διαφορά μεταξύ της PCR και της αντιγραφής του DNA.

Εμφάνιση 

Η PCR είναι μια in vitro διαδικασία, η οποία συμβαίνει μέσα σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα ενώ η αντιγραφή του DNA είναι in vivo διαδικασία, η οποία συμβαίνει μέσα στα ζωντανά κύτταρα.

Στόχος 

Ο κύριος στόχος της PCR είναι να παράγει 2 έως 2 αντίγραφα ενός μεμονωμένου θραύσματος DNA, ενώ ο κύριος στόχος της αντιγραφής του DNA είναι να αντιγράψει ολόκληρο το γονιδίωμα ταυτόχρονα.

Μήκος στόχου 

Ο στόχος της PCR είναι μικρότερος ενώ ο στόχος της αντιγραφής του DNA είναι μεγαλύτερος.

Συνέχεια της διαδικασίας 

Η PCR είναι μια ασυνεχής διαδικασία που προχωρά σε 30-40 κύκλους ενώ η αντιγραφή του DNA είναι μια συνεχής διαδικασία.

Άνοιγμα των δύο κλώνων της έλικας του DNA 

Στην PCR, η διπλή όψη DNA τήκεται με τη χρήση θερμότητας, η οποία είναι >90 °C, ενώ στην αντιγραφή DNA, η διπλή όψη DNA ανοίγεται από το ένζυμο ελικάση που εξαρτάται από το ATP.

Primers 

Μια άλλη διαφορά μεταξύ της PCR και της αντιγραφής DNA είναι ότι η PCR χρησιμοποιεί εκκινητές DNA ενώ η αντιγραφή DNA χρησιμοποιεί εκκινητές RNA που συντίθενται από το ένζυμο πριμάσης.

Ένζυμο πολυμερισμού 

Επιπλέον, η PCR χρησιμοποιεί θερμόφιλη πολυμεράση DNA όπως το Taq DNA πολυμεράση ενώ η αντιγραφή DNA χρησιμοποιεί πολυμεράση DNA.

Χαρακτηριστικά των πολυμερασών 

Taq Η πολυμεράση στην PCR δεν είναι πλούσια σε χαρακτηριστικά και, επίσης, δεν έχει ικανότητα διόρθωσης, ενώ η πολυμεράση DNA στην αντιγραφή του DNA περιέχει ικανότητες υψηλής πιστότητας, ταχύτητας, διόρθωσης και επιδιόρθωσης.

Πιρούνι αναπαραγωγής 

Η διχάλα αντιγραφής δεν εμφανίζεται στην PCR ενώ η διχάλα αντιγραφής εμφανίζεται στην αντιγραφή του DNA.

5′ έως 3′ Δραστηριότητα εξωνουκλεάσης 

Taq Η πολυμεράση στην PCR δεν περιέχει τη δραστικότητα εξωνουκλεάσης 5' έως 3', ενώ η πολυμεράση DNA στην αντιγραφή του DNA έχει τη δράση εξωνουκλεάσης 5' έως 3' για την αποικοδόμηση των εκκινητών RNA.

Θερμοκρασία

Taq Η πολυμεράση στην PCR λειτουργεί σε υψηλές θερμοκρασίες όπως 72 °C ενώ η DNA πολυμεράση στην αντιγραφή του DNA λειτουργεί σε φυσιολογική θερμοκρασία, η οποία είναι 37 °C.

Πολυπλοκότητα 

Η PCR χρησιμεύει ως μια απλή προσέγγιση για in vitro Η σύνθεση DNA ενώ η αντιγραφή του DNA είναι μια πολύπλοκη διαδικασία, η οποία εξαρτάται από ένα καλά καθορισμένο, αλλά πολύπλοκο σύνολο ενζύμων και συμπαραγόντων.

Ταχύτητα 

Η ταχύτητα της PCR είναι 1-4 kb/min ενώ η ταχύτητα αντιγραφής του DNA είναι 1 kb/s.

Ακρίβεια 

Το ποσοστό σφάλματος του Taq Η πολυμεράση στην PCR είναι 1 στις 9000 βάσεις ενώ το ποσοστό σφάλματος της DNA πολυμεράσης στην αντιγραφή του DNA είναι 1 στις 100.000 βάσεις.

Συμπέρασμα 

Βασικά, η PCR είναι η διαδικασία in vitro Σύνθεση DNA. Επίσης, είναι μια απλή προσέγγιση που χρησιμοποιεί υψηλές θερμοκρασίες και θερμόφιλο Taq πολυμεράση ως ένζυμο. Επιπλέον, χρησιμοποιεί εκκινητές DNA. Ωστόσο, ο κύριος στόχος της PCR είναι η παραγωγή μεγάλου αριθμού αντιγράφων ενός συγκεκριμένου θραύσματος DNA. Από την άλλη πλευρά, η αντιγραφή του DNA είναι το in vivo διαδικασία σύνθεσης DNA που είναι υπεύθυνη για τη σύνθεση ολόκληρου του γονιδιώματος, προετοιμάζοντας το κύτταρο για διαίρεση. Ωστόσο, απαιτεί έναν αριθμό φυσιολογικών παραγόντων μαζί με το ένζυμο πολυμεράση DNA. Επιπλέον, αυτό το ένζυμο λειτουργεί στη θερμοκρασία του σώματος. Επιπλέον, η αντιγραφή του DNA είναι μια διαδικασία υψηλής ακρίβειας. Επομένως, η κύρια διαφορά μεταξύ PCR και αντιγραφής DNA είναι τα διαφορετικά χαρακτηριστικά της διαδικασίας.