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Die PCR ist eine Methode der Gentechnologie zur gezielten Vervielfältigung von DNA-Abschnitten.
Funktion
PCR ist die englische Kurzform für Polymerase Chain Reaction (auf deutsch: Polymerase-Kettenreaktion).
Sie ist eine Methode zur gezielten Vervielfältigung von DNA-Abschnitten in sehr kurzer Zeit. Das passiert mithilfe der Taq-Polymerase.
Die vervielfältigte DNA wird dann für weitere gentechnische Verfahren genutzt.
Zutaten
Um eine PCR durchzuführen brauchst du folgende Zutaten:
- Einen DNA-Abschnitt
- Nukleotide
- Hochspezifische Primer (genau passend für die vorliegende DNA-Sequenz)
- Hitzestabile DNA-Polymerase
- Puffer (stabilisiert den pH-Wert für die Polymerase)
- Magnesium-Ionen
Der ganze Prozess findet in einem Thermocycler statt. Dieser reguliert dann die Temperatur für jede Phase.
Ablauf
Die PCR findet in den folgenden 3 Phasen statt:
- Denaturierung
- Primerhybridisierung
- Elongation
Die verschiedenen Phasen werden im Thermocycler durch die Regulierung der Temperatur eingeleitet.
Denaturierung
- Erhitzen auf 94-96°C (20-30 Sek.)
- Die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den komplementären Basen wird gebrochen
- Der Doppelstrang wird in seine beiden Einzelstränge getrennt
Primerhybridisierung
- Schnelles Abkühlen auf 50-65°C (20-40 Sek.)
- Die genaue Temperatur hängt von der Primerlänge ab
- Anlagerung der Primer an die Einzelstränge
Elongation
- Erhitzen auf ca. 72°C
- Die hitzestabile Taq-Polymerase beginnt mit der Verknüpfung der Nukleotide
- Kontinuierliche Verknüpfung auf beiden Strängen (3´nach 5´ aus Sicht des Matrizenstrangs)
- Die Dauer dieser Phase hängt von der DNA-Länge ab (30. Sek pro 500 Basenpaare)
Die einzelnen Phasen können dann beliebig oft wiederholt werden.
Ergebnis
In kürzester Zeit entstehen so zahlreiche Kopien der DNA.
Die Vervielfältigung der DNA-Stränge läuft exponentiell ab, weil letztlich aus jedem Strang ein Neuer entsteht.
Die Formel für die Anzahl der DNA-Doppelstränge nach jedem Zyklus (n) lautet also:
Vergleich zur DNA-Replikation
PCR | DNA-Replikation |
DNA-Doppelstrang wird durch Temperatur getrennt (94-96°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 |
Verwendung der hitzestabilen Taq-Polymerase | Verwendung von DNA-Polymerase |
Wusstest du schon?
Die PCR-Methode wurde in den 80er Jahren von einem DNA-Chemiker namens Kary Banks Mullis erfunden.
1993 erhielt er dafür den Nobelpreis in Chemie.
Mittlerweile ist die PCR-Methode aus den Laboren nicht mehr wegzudenken.
In der modernen Biologie wird sie in verschiedenen Bereichen eingesetzt:
- Molekularforschung
- Evolutionsforschung
- Forensische Forschung (genetischer Fingerabdruck)
- Medizinische Forschung und Untersuchung
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