Differenza chiave – PCR vs replicazione del DNA
La replicazione del DNA è un processo naturale che si verifica negli organismi viventi. Implica la produzione di due copie identiche di una molecola di DNA. La replicazione del DNA è un processo estremamente importante di eredità biologica. Le informazioni genetiche vengono trasmesse da genitore a figlio principalmente a causa della capacità di replicazione del DNA. Quindi, è un processo essenziale che si verifica in quasi tutti gli organismi viventi. Questo processo avviene in vivo. Tuttavia, la replicazione del DNA può essere eseguita anche tramite metodi in vitro. La reazione a catena della polimerasi (PCR) è uno di questi metodi in vitro di replicazione del DNA. La PCR è un metodo di amplificazione del DNA eseguito in laboratorio. Produce da migliaia a milioni di copie di DNA da un frammento di DNA interessato o da un gene. Esistono differenze tra la replicazione del DNA in vivo e la PCR. La differenza fondamentale tra questi due è che la PCR viene eseguita in una macchina PCR a temperature mantenute per produrre un gran numero di copie di DNA mentre la replicazione del DNA avviene all'interno del corpo a temperatura corporea per produrre due copie identiche di una singola molecola di DNA.
Cos'è la PCR?
La reazione a catena della polimerasi (PCR) è una tecnica di amplificazione del DNA in vitro che viene eseguita di routine nei laboratori di biologia molecolare. Questo metodo ha consentito la produzione da migliaia a milioni di copie di un frammento di DNA particolarmente interessato. La PCR è stata introdotta da Kary Mullis nel 1980. In questa tecnica, il frammento di DNA interessato viene utilizzato come modello per la creazione di copie. L'enzima chiamato Taq polimerasi viene utilizzato come enzima della DNA polimerasi e catalizza la sintesi di nuovi filamenti del frammento di DNA. I primer che si trovano nella miscela PCR funzioneranno come punti di partenza per le estensioni dei frammenti. Al termine della reazione PCR, è possibile ottenere molte copie del DNA del campione.
Tutti gli ingredienti necessari per fare copie del DNA sono inclusi nella miscela PCR. Sono il DNA campione, la DNA polimerasi (Taq polimerasi), i primer (iniziatori diretti e inversi), i nucleotidi (mattoni del DNA) e un tampone. La reazione PCR viene eseguita in una macchina PCR e deve essere alimentata con la miscela PCR corretta e il programma PCR corretto. Se la miscela di reazione e il programma sono corretti, produrrà la quantità richiesta di copie di una particolare sezione di DNA da una quantità molto piccola di DNA.
Ci sono tre fasi principali coinvolte in una reazione PCR, vale a dire la denaturazione, la ricottura del primer e l'estensione del filamento. Questi tre passaggi si verificano a tre diverse temperature. Il DNA esiste come un'elica a doppio filamento. Due filamenti sono legati da legami a idrogeno. Prima dell'amplificazione, il DNA a doppio filamento viene separato fornendo una temperatura elevata. Ad alta temperatura, DNA a doppio filamento denaturato in filamenti singoli. Quindi i primer si ricoprono con le estremità fiancheggianti del frammento interessato o del gene del DNA. Il primer è un breve pezzo di DNA a filamento singolo complementare alle estremità della sequenza bersaglio. I primer forward e reverse si ricoprono con le basi complementari alle estremità fiancheggianti del DNA del campione denaturato alla temperatura di ricottura.
Quando i primer vengono ricotti con il DNA, l'enzima Taq polimerasi avvia la sintesi dei nuovi filamenti aggiungendo nucleotidi complementari al DNA stampo. La Taq polimerasi è un enzima termostabile isolato da un batterio termofilo chiamato Thermus aquaticus. Il tampone PCR mantiene le condizioni ottimali per l'azione della Taq polimerasi. Queste tre fasi della reazione PCR vengono ripetute per produrre la quantità richiesta del prodotto PCR. Ad ogni reazione PCR, il numero della copia del DNA raddoppia. Quindi, un'amplificazione esponenziale può essere osservata nella PCR. Il prodotto della PCR può essere osservato utilizzando l'elettroforesi su gel poiché produce la quantità visibile di DNA su un gel e può essere purificato per ulteriori studi come il sequenziamento ecc.
Figura 01: PCR
La PCR è uno strumento prezioso nella ricerca medica e biologica. Soprattutto negli studi forensi, la PCR ha un valore immenso poiché può amplificare il DNA per studi dai minuscoli campioni dei criminali e creare profili del DNA forense. La PCR è ampiamente utilizzata in molte aree della biologia molecolare, tra cui genotipizzazione, clonazione genica, rilevamento di mutazioni, sequenziamento del DNA, microarray di DNA e test di paternità ecc.
Cos'è la replicazione del DNA?
La replicazione del DNA si riferisce al processo che produce due copie identiche di DNA da una molecola di DNA. È un importante processo di eredità biologica. La replicazione del DNA avviene in tutti gli organismi viventi. Il genoma della cellula madre deve essere replicato per trasferire il genoma nella cellula figlia. Il processo di replicazione del DNA ha tre fasi principali chiamate inizio, allungamento e terminazione. Questi passaggi sono catalizzati da diversi enzimi. La replicazione del DNA inizia dalla posizione chiamata origine della replicazione nel genoma delle cellule. Nel genoma, il DNA esiste in forma a doppio filamento. Questi due filamenti vengono separati all'inizio della replicazione del DNA e viene eseguita dalla DNA elicasi dipendente dall'ATP. Lo svolgimento del DNA è l'evento principale che si verifica nella fase di iniziazione. Utilizzando filamenti di DNA separati come modelli, la DNA polimerasi sintetizza i nuovi filamenti complementari dei filamenti di stampo nella direzione da 5' a 3'. Questo è il passaggio chiamato allungamento. La terminazione si verifica quando le due forcelle di replicazione si incontrano all'estremità opposta del cromosoma parentale.
Figura 02: Replicazione del DNA
Oltre alla DNA polimerasi, diversi enzimi come la DNA primasi, la DNA elicasi, la DNA ligasi e la topoisomerasi sono coinvolti nella replicazione del DNA. Una caratteristica speciale della replicazione del DNA in vivo è che produce frammenti di Okazaki. Un filo viene formato continuamente mentre l' altro si forma in piccoli pezzi.
Quali sono le somiglianze tra PCR e replicazione del DNA?
- Sia nella PCR che nella replicazione del DNA, il DNA a doppio filamento è separato l'uno dall' altro.
- In entrambi i processi di PCR e di replicazione del DNA, il DNA viene copiato.
- Sia la PCR che i processi di replicazione del DNA sono davvero importanti.
- In entrambi i processi di PCR e di replicazione del DNA, è coinvolto l'enzima DNA polimerasi.
Qual è la differenza tra PCR e replicazione del DNA?
PCR vs replicazione del DNA |
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| La PCR è un metodo in vitro di amplificazione del DNA in cui vengono prodotte da migliaia a milioni di copie di DNA. | La replicazione del DNA è un processo naturale che produce due copie identiche di DNA da una molecola di DNA. |
| Passi | |
| PCR ha tre passaggi; denaturazione, ricottura del primer ed estensione del filo. | La replica del DNA ha tre passaggi; inizio, allungamento e terminazione. |
| Coinvolgimento dei primer | |
| La PCR necessita di primer artificiali. | La replicazione del DNA non necessita di primer artificiali. Un breve frammento di RNA è coinvolto nella replicazione del DNA. |
| Denaturazione dei doppi fili | |
| I filamenti doppi vengono separati applicando una temperatura elevata in PCR. | Le doppie eliche sono separate l'una dall' altra dall'enzima DNA elicasi nella replicazione del DNA. |
| Enzimi coinvolti | |
| La PCR utilizza la Taq polimerasi. | La replicazione del DNA utilizza la DNA polimerasi. |
| Temperatura | |
| La PCR avviene a tre diverse temperature all'interno di una macchina. | La replicazione del DNA avviene a temperatura corporea all'interno del corpo dell'organismo vivente. |
| In vivo o In vitro | |
| La PCR è un metodo in vitro. | La replicazione del DNA è un metodo in vivo. |
Riepilogo – PCR vs replicazione del DNA
La replicazione del DNA è un processo di produzione di due copie identiche di DNA da una singola molecola di DNA. Si verifica in tutti gli organismi viventi poiché offre un metodo per fornire le informazioni genetiche dal genitore alla prole. Consiste di tre fasi catalizzate enzimaticamente: inizio, allungamento e terminazione. La replicazione del DNA può essere eseguita artificialmente in laboratorio. La PCR è un modo per produrre un gran numero di copie di DNA dal DNA interessato. La PCR viene eseguita di routine nei laboratori di biologia molecolare poiché è un metodo semplice per produrre copie di DNA. Questa è la differenza tra la PCR e la replicazione del DNA.
