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Polymerase-Kettenreaktion


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Die Polymerase-Kettenreaktion ( Polymerase Chain Reaction PCR ) ist eine Methode um Desoxyribonukleinsäure (DNA) zu vervielfältigen ohne dafür lebende Organismen wie z.B. Colibakterien oder Hefe zu verwenden. Eine umfassendere Darstellung findet auf Polymerase-Kettenreaktion (Langfassung) .

Sie wurde Anfang der 1980er Jahre von Kary Mullis erfunden wofür er den Nobelpreis für Chemie erhielt. 1989 ließen Hoffman La Roche die Perkin-Elmer Corporation die PCR-Methode patentieren . PCR wird gewöhnlich in medizinischen und biologischen Forschungs laboratorien für eine Vielzahl von Aufgaben eingesetzt anderem zur Erkennung von Erbkrankheiten zur Identifikation genetischer Fingerabdrücke zur Erzeugung von genetischen Stammbäumen zur Klonierung von Genen (siehe unten) und für Vaterschaftstests .

PCR benötigt sehr wenig Ausgangsmaterial in Fällen genügt ein einziger DNA-Strang. Während der Kettenreaktion wird die DNA durch das Enzym DNA-Polymerase kopiert. Normalerweise wird nur ein kleiner eines langen DNA-Strangs durch PCR verdoppelt. Dieser wird durch die Primer kurze künstliche DNA-Stücke von etwa 20-40 Basenpaaren Länge (DNA besteht aus einem Doppelstrang wird ihre Länge in komplementären Einheiten den gemessen) festgelegt welche genau mit dem Anfang dem Ende des zu kopierenden Strangs übereinstimmen.

Die PCR-Maschine besteht aus einem computerkontrollierten Ofen mit Kühleinheit bei dem ein Programm Zeit und Temperatur steuert. Der PCR-Prozess sog. "Amplifizieren" besteht aus mehreren (normalerweise 15-30) der drei folgenden Schritte (siehe Abbildung 1):

  1. Melting (Schmelzen 96°C 30-600 Sekunden). Im Melting-Schritt die doppelsträngige DNA wie ein Reißverschluss in ihre beiden Einzelstränge aufgetrennt. Derzeit 2001) üblich ist eine thermostabile (d.h. bei Temperaturen stabile) DNA-Polymerase. Diese DNA-Polymerase die aus Bakterien aus heißen Quellen stammt wird im zu den meisten anderen Enzymen durch den Melting-Schritt nicht deaktiviert. Diese wird taq-Polymerase genannt nach ihrem Ursprungsorganismus Thermophilus
  2. Annealing (Anlagerung ca.37-65°C 30-120 Sekunden). Im Annealing-Schritt sich die Primer an die einzelnen DNA-Stränge Anschließend lagert sich die DNA-Polymerase an die Primer an.
  3. Elongation (Verlängerung 65-80°C 30-120 Sekunden). Im Elongation-Schritt die DNA-Polymerase an der einzelsträngigen DNA entlang sie den fehlenden zweiten Strang erzeugt.

Bei jedem Durchlauf der drei Schritte die DNA verdoppelt die DNA-Menge steigt also exponentiell (mit Basis 2) an. So werden in 30 Durchläufen von einem DNA-Strang 2 30 = 1 073 741 824 exakte von dem durch die Primer bestimmten Teil Es ist allerdings ratsam die Anzahl der zu begrenzen weil sich mit der Zeit einige Fehler bei den Verdoppelungsprozessen einschleichen können.

Abbildung 1: Schematische Darstellung des PCR-Zyklus.
Die 3'- und 5'-Markierungen zeigen die Ausrichtung DNA-Stränge. Viele Enzyme laufen nur in eine entlang eines DNA-Strangs die DNA-Polymerase zum Beispiel in Richtung des 3'-Endes.
(1) Schmelzen bei 96°C. (2) Anlagerung 68°C. (3) Verlängerung bei 72°C (P=Polymerase). (4) erste Zyklus ist komplett. Die beiden erzeugten werden zum Ausgangsmaterial für den nächsten Zyklus sich die Menge an DNA bei jedem verdoppelt.

Durch PCR wurde es möglich ein Gen oder auch nur einen Teil davon klonieren. Das sollte nicht mit dem Klonen Lebewesen verwechselt werden. Für die Klonierung eines muss es zuerst aus einem Organismus entnommen dann in einen anderen z.B. ein Bakterium werden. Dann kann das klonierte Gen im Organismus detailliert untersucht werden.

PCR wird häufig verwendet um das aus dem ersten Organismus durch Vervielfältigung zu bevor es in den zweiten transferiert wird. wird auch benutzt um gezielt Mutationen (Veränderungen) in DNA-Stängen hervorzurufen. Ein derart Gen kann dann auf die Auswirkungen der hin untersucht werden. Auch in der Biotechnologie PCR häufig verwendet z.B. um Bakterien so verändern dass sie Medikamente herstellen.

Siehe auch: Polymerase-Kettenreaktion (Langfassung)

  



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