Was ist eine Polymerasekettenreaktion?

Die Polymerasekettenreaktion (PCR) verwendet Enzyme, um einen Teil eines Desoxyribonukleinsäure -Strangs (DNA) zur leichteren Analyse zu replizieren, z. B. die Suche nach interessierenden Genen.Wie bei der Kernkettenreaktion ist die Polymerasekettenreaktion ein exponentieller Prozess, der so lange erfolgt, wie die Rohstoffe zur Aufrechterhaltung der Reaktion verfügbar sind.Im Gegensatz zur DNA-Replikation in der natürlichen Welt kann die Polymerasekettenreaktion nur ziemlich kleine DNA-Stücke mit einer oberen Decke von etwa 2-3 Kilo-Basenpaaren (KB) replizieren.Eine Polymerasekettenreaktion verwendet leblose Enzyme, um ihren Replikationseffekt zu erreichen und sie von anderen Kopieransätzen abzuheben, die aktive Organismen verwenden.

Eine moderne Polymerasekettenreaktion erfordert sechs grundlegende Komponenten, um zu arbeiten: Das DNASegment, Taq -Polymerase zum Kopieren, DNA -Nukleotide als Vorstock, eine chemische Pufferumgebung und eine Maschine, die als thermischer Zykler bezeichnet wird.Der thermische Cycler hält häufig mehrere Testrohre mit mehreren Polymerasekettenreaktionen, die jeweils 15 bis 100 Mikroliter enthält, Werte knapp unter einem Kubikmillimeter Wasser.Etwa hundert Nanogramm DNA-Base werden verwendet.

Taq-Polymerase, der Schlüsselbestandteil für eine Polymerasekettenreaktion, wird aus einem Tiefsee extrahiert, thermischem Entlüftungsbakterium, Thermous aquaticus .Es funktioniert gut zum Kopieren, aber nicht perfekt und macht etwa alle 8 Millionen Basispaare einen Fehler.Vor der Taq -Polymerase wurden andere Polymerasen verwendet, aber viele von ihnen brachen bei den notwendigen Temperaturen zusammen, damit die Reaktion begonnen hatte.Der Heizzyklus ist kompliziert, umfasst jedoch Temperaturen, die kurz bis zum Siedepunkt reichen, daher ist die Haltbarkeit in der Polymerase essentiell.

Die grundlegenden Schritte der Polymerasekettenreaktion sind wie folgt.Alle Zutaten werden in einem kleinen Fläschchen, normalerweise mit einem Volumen von 200 Mikrogramm, zusammengemischt.Die Mischung wird auf nahezu kochendem Punkt erhitzt, um die Wasserstoffbrückenbindungen in der Paar-Strang-DNA zu brechen, wodurch einzelne Stränge erzeugt werden, die anfällig für Kopieren sind.Dies nennt man Denaturier .Je länger der Strang kopiert werden soll, desto länger dauert der Denaturierprozess.

Der nächste Schritt in der Polymerasekettenreaktion wird als Tempern bezeichnet.Die Primer, die maßgeschneiderte, kurze DNA-Stränge sind, sind speziell für die Bindung an Stellen zu Beginn und am Ende des Segments ausgelegt, das kopiert werden soll.Wenn die Primer falsch gestaltet sind oder die Temperatur in diesem Stadium falsch ist, bindet der Primer zufällig an die DNA, was zu der falschen Segmentkopie führt.Die meisten Primer schmelzen bei etwa zwei Dritteln des Weges zum Siedepunkt, und Tempern, ein 1-2-Minuten

endgültige Erweiterung

.Hier passiert die Magie.Die Polymerase kopiert das DNA -Segment schnell und erzeugt in nur wenigen Minuten Millionen und Millionen Kopien.Normalerweise besteht ein Zyklus aus allen früheren Schritten, die etwa zwanzig oder dreißig Mal wiederholt werden. Das Ergebnis ist ein Haufen kopierter DNA.Polymerasekettenreaktionen haben eine Vielzahl von Verwendungszwecken, darunter Vaterschaftstests, Bestimmung des Vorhandenseins oder Fehlens eines genetischen Defekts oder eines viralen DNA, das Klonieren eines Gens, die Einführung spezifischer Mutationen, Analyse der DNA ausgestorbener Spezies oder toten Personen, „genetische Fingerabdruck“ an derTatort und mehr.