הבדל מפתח - PCR לעומת שכפול DNA
שכפול DNA הוא תהליך טבעי המתרחש באורגניזמים חיים. זה כרוך בייצור של שני עותקים זהים של מולקולת DNA אחת. שכפול DNA הוא תהליך חשוב ביותר של תורשה ביולוגית. מידע גנטי מועבר מהורה לצאצאים בעיקר בשל יכולת שכפול ה-DNA. לפיכך, זהו תהליך חיוני המתרחש כמעט בכל האורגניזמים החיים. תהליך זה מתרחש in vivo. עם זאת, שכפול DNA יכול להתבצע גם באמצעות שיטות חוץ גופיות. תגובת שרשרת פולימראז (PCR) היא שיטת שכפול של DNA במבחנה. PCR היא שיטת הגברה של DNA המבוצעת במעבדות.הוא מייצר אלפי עד מיליוני עותקים של DNA ממקטע DNA או גן מתעניין. ישנם הבדלים בין שכפול DNA in vivo לבין PCR. ההבדל העיקרי בין שני אלה הוא ש-PCR מבוצע במכונת PCR בטמפרטורות נשמרות כדי לייצר מספר רב של עותקים של DNA בעוד שכפול DNA מתרחש בתוך הגוף בטמפרטורת הגוף כדי לייצר שני עותקים זהים של מולקולת DNA בודדת.
מה זה PCR?
תגובת שרשרת פולימראז (PCR) היא טכניקת הגברה של DNA במבחנה המבוצעת באופן שגרתי במעבדות ביולוגיות מולקולריות. שיטה זו אפשרה ייצור של אלפי עד מיליוני עותקים של קטע DNA מעניין במיוחד. PCR הוצג על ידי Kary Mullis בשנת 1980. בטכניקה זו, הפרגמנט המעוניין של DNA משמש כתבנית להכנת עותקים. האנזים הנקרא Taq polymerase משמש כאנזים DNA פולימראז, והוא יזרז את הסינתזה של גדילים חדשים של שבר ה-DNA.פריימרים שנמצאים בתערובת ה-PCR יעבדו כנקודות המוצא להרחבות השברים. בסוף תגובת ה-PCR, ניתן להשיג עותקים רבים של ה-DNA המדגם.
כל המרכיבים הדרושים להכנת עותקים של DNA כלולים בתערובת ה-PCR. אלה הם DNA מדגם, DNA פולימראז (Taq polymerase), פריימרים (פריימרים קדימה ואחורה), נוקלאוטידים (אבני בניין של DNA) ומאגר. תגובת PCR מופעלת במכונת PCR, ויש להזין אותה בתערובת PCR נכונה ובתוכנית PCR הנכונה. אם תערובת התגובה והתוכנית נכונים, היא תפיק את הכמות הנדרשת של עותקים של קטע מסוים של DNA מכמות קטנה מאוד של DNA.
יש שלושה שלבים עיקריים המעורבים בתגובת PCR, כלומר דנטורציה, חישול פריימר והארכת גדיל. שלושת השלבים הללו מתרחשים בשלוש טמפרטורות שונות. DNA קיים כסליל דו-גדילי. שני גדילים קשורים בקשרי מימן. לפני ההגברה, DNA דו-גדילי מופרד על ידי מתן טמפרטורה גבוהה.בטמפרטורה גבוהה, דנ א דו-גדילי הפך לגדילים בודדים. לאחר מכן, הפריימרים מתחלפים עם הקצוות המצפים של הפרגמנט המעוניין או הגן של ה-DNA. פריימר הוא חתיכה קצרה של DNA חד-גדילי המשלימה לקצוות רצף המטרה. פריימרים קדימה ואחורה מתערפלים עם הבסיסים המשלימים בקצוות האגפים של ה-DNA הדגום המפוגג בטמפרטורת החישול.
כאשר מפריימרים מחולים עם DNA, אנזים Taq polymerase יוזם את הסינתזה של הגדילים החדשים על ידי הוספת נוקלאוטידים המשלימים ל-DNA התבנית. Taq פולימראז הוא אנזים יציב בחום המבודד מחיידק תרמופיל בשם Thermus aquaticus. מאגר PCR שומר על התנאים האופטימליים לפעולת הפולימראז של Taq. שלושת השלבים הללו של תגובת PCR חוזרים על עצמם כדי לייצר את הכמות הנדרשת של תוצר ה-PCR. בכל תגובת PCR, מספר עותק ה-DNA מוכפל. לפיכך, ניתן לראות הגברה אקספוננציאלית ב-PCR.ניתן לצפות בתוצר PCR באמצעות אלקטרופורזה של ג'ל מכיוון שהוא מייצר את הכמות הנראית לעין של DNA על ג'ל וניתן לטהר אותו למחקרים נוספים כגון רצף וכו'.
איור 01: PCR
PCR הוא כלי רב ערך במחקר רפואי וביולוגי. במיוחד במחקרים משפטיים, ל-PCR יש ערך עצום מכיוון שהוא יכול להגביר DNA עבור מחקרים מהדגימות הזעירות של הפושעים וליצור פרופילי DNA משפטיים. PCR נמצא בשימוש נרחב בתחומים רבים של הביולוגיה המולקולרית כולל גנוטיפ, שיבוט גנים, זיהוי מוטציות, רצף DNA, מיקרו-מערכי DNA ובדיקות אבהות וכו'.
מהו שכפול DNA?
שכפול DNA מתייחס לתהליך שמייצר שני עותקים זהים של DNA ממולקולת DNA אחת. זהו תהליך חשוב של תורשה ביולוגית.שכפול DNA מתרחש בכל האורגניזמים החיים. יש לשכפל את הגנום של תא האב על מנת להעביר את הגנום לתא הבת. לתהליך שכפול ה-DNA יש שלושה שלבים עיקריים הנקראים התחלה, התארכות וסיום. שלבים אלה מזורזים על ידי אנזימים שונים. שכפול ה-DNA מתחיל מהמיקום הנקרא מקור השכפול בגנום התאים. בגנום, ה-DNA קיים בצורה דו-גדילית. שני גדילים אלה מופרדים בתחילת שכפול ה-DNA, והוא נעשה על ידי הליקאז של DNA תלוי ATP. התפרקות ה-DNA הוא האירוע העיקרי המתרחש בשלב החניכה. באמצעות גדילי DNA מופרדים כתבניות, DNA פולימראז מסנתז את הגדילים המשלימים החדשים של גדילי התבנית לכיוון 5' עד 3'. זהו השלב שנקרא התארכות. הפסקה מתרחשת כאשר שני מזלגות השכפול נפגשים זה עם זה בקצה הנגדי של כרומוזום ההורים.
איור 02: שכפול DNA
מלבד DNA פולימראז, מספר אנזימים כגון DNA פרימז, DNA helicase, DNA ligase ו-Topoisomerase מעורבים בשכפול ה-DNA. תכונה מיוחדת של שכפול ה-DNA in vivo הוא שהוא מייצר שברי אוקזאקי. גדיל אחד נוצר ברציפות ואילו השני נוצר בחתיכות קטנות.
מהם הדמיון בין PCR לשכפול DNA?
- גם בשכפול PCR וגם של DNA, DNA דו-גדילי מופרד זה מזה.
- גם בתהליכי PCR וגם בתהליכי שכפול של DNA, DNA מועתק.
- גם תהליכי PCR וגם תהליכי שכפול DNA חשובים מאוד.
- בתהליכי שכפול של PCR וגם ב-DNA, אנזים DNA פולימראז מעורב.
מה ההבדל בין PCR לשכפול DNA?
PCR לעומת שכפול DNA |
|
| PCR היא שיטה חוץ גופית להגברת DNA שבה מיוצרים אלפי עד מיליוני עותקים של DNA. | שכפול DNA הוא תהליך טבעי המייצר שני עותקים זהים של DNA ממולקולת DNA אחת. |
| צעדים | |
| PCR יש שלושה שלבים; דנטורציה, חישול פריימר והארכת גדיל. | לשכפול DNA יש שלושה שלבים; התחלה, התארכות וסיום. |
| מעורבות של פריימרים | |
| PCR צריך פריימרים מלאכותיים. | שכפול DNA אינו זקוק לפריימרים מלאכותיים. קטע קצר של RNA מעורב בשכפול ה-DNA. |
| דינטורציה של הגדילים הכפולים | |
| חוטים כפולים מופרדים על ידי הפעלת טמפרטורה גבוהה ב-PCR. | חוטים כפולים מופרדים זה מזה על ידי האנזים DNA helicase בשכפול DNA. |
| Enzyme Involved | |
| PCR משתמש ב-Taq polymerase. | שכפול DNA משתמש בפולימראז של DNA. |
| טמפרטורה | |
| PCR מתרחש בשלוש טמפרטורות שונות בתוך מכונה. | שכפול DNA מתרחש בטמפרטורת הגוף בתוך הגוף של האורגניזם החי. |
| In vivo או In vitro | |
| PCR היא שיטה במבחנה. | שכפול DNA היא שיטת in vivo. |
סיכום – PCR לעומת שכפול DNA
שכפול DNA הוא תהליך של ייצור שני עותקים זהים של DNA ממולקולת DNA בודדת. זה מתרחש בכל האורגניזמים החיים מכיוון שהוא מציע שיטה למתן מידע גנטי מהורה לצאצאים. הוא מורכב משלושה שלבים בעלי קטליזציה אנזימטית, כלומר התחלה, התארכות וסיום. שכפול DNA יכול להיעשות באופן מלאכותי במעבדה. PCR היא אחת הדרכים לייצר מספר רב של עותקים של DNA מה-DNA המעוניין. PCR מבוצע באופן שגרתי במעבדות ביולוגיות מולקולריות מכיוון שזו שיטה קלה להפקת עותקים של DNA. זה ההבדל בין PCR לשכפול DNA.
