Das Video kommt von YouTube: erst beim Abspielen verbindet sich die Seite mit YouTube (Google).
Polymerase-Kettenreaktion (PCR) - Ein Verfahren zur Vervielfältigung von DNA [Biologie, Oberstufe]
Das Wichtigste aus dem Video
Tipp auf eine Zeit – das Video springt genau dorthin.
Transkriptautomatisch erstellt · 80 Zeilen
- [Musik] in diesem Video werden wir uns der Polymerase Kettenreaktion oder kurz PCR
- beschäftigen einfach fahren mit Hilfe dessen man von spezifischen kurzen DNA-Abschnitten zahlreiche Kopien
- anfertigen kann und die Vervielfältigung der DNA bezeichnet man auch als DNA Amplifikation wahrscheinlich habt ihr
- euch schon mit der DNA-Replikation beschäftigt also der Verdopplung der DNA die DNA in der unsere Erbinformationen
- gespeichert ist nennt man auch eine Doppelhelix weil sie aus zwei Einzelsträngen besteht die wie eine
- Schraube um ihre eigene Achse gebunden sind Verdoppelung heißt also konkret dass aus
- einem doppelsträngigen DNA Strang zwei Doppelstränge DNA werden bei diesem Vorgang bleibt die DNA jeweils zur
- Hälfte erhalten was man auch als semikonservativ bezeichnet so jeder Hälfte wird entsprechend ein neuer
- Strang synthetisiert bzw hergestellt warum erzähle ich etwas über die DNA Replikation wenn es in diesem Video doch
- um die PC geht ganz einfach weil genau dieses Wissen um den molekularen Ablauf der DNA Replikation sich Biologen zu
- Nutze gemacht haben um im Labor die Polymerase Kettenreaktion zu entwickeln die PCR beruht also auf den Mechanismus
- der Replikation die pcr-armt den Mechanismus der Replikation nach wie ihr später noch sehen werdet
- zunächst ist es sinnvoll einen Blick auf die Bestandteile zu werfen die in einen reaktionsgemischte PCR enthalten sind
- ähnlich wie man sich vor dem Kochen mit den Zutaten eines jeweiligen Rezepts beschäftigt gucken wir uns also jetzt
- die Zutaten an die notwendig sind für unsere Rezepte die PCR wenn das Ziel ist einen bestimmten DNA-Abschnitt zu
- amplifizieren zu vervielfältigen dann ist natürlich klar dass das Reaktionsgemisch diese Sequenz an
- doppelsträngiger DNA die amplifiziert werden soll enthält diese Sequenz dient also als Vorlage als Matrize für die
- späteren Kopien nachdem der Doppelstrang in zwei Einzelstränge getrennt wurde ist es das Enzym DNA polymerase 3 das bei
- der Replikation komplementäre dna-basen an beide Stränge anheftet und so dafür sorgt dass die eben angesprochene Kopie
- angefertigt wird das Enzym kann den Prozess jedoch nicht ohne weiteres in Gang setzen dafür ist
- es auf die Schützenhilfe von sogenannten Primern angewiesen beide Bestandteile sind auch im Reaktionsgemisch für die PC
- enthalten das heißt zwei kurze künstlich synthetisierte Primer die zu den Enden des spezifischen dna-abschnitts
- komplementär sind und eine Hitze beständige DNA polymerase für die Synthese der beiden Tochter
- strenger also der neuen zur Matrize komplementären Stränge sind natürlich die Basen Adenin Thymin Guanin und
- zytosin notwendig im pcr-reaktionsgemisch Liegen die dna-basen jedoch nicht als einfache
- Basen vor sondern als sogenannte dNTPs desoxyribonukleotid-triphosphate was unterschiedliche Gründe hat wie zum
- Beispiel dass sie dna-basen wenn sie einzeln vorliegen recht instabil sind so aber gebunden noch an drei
- Phosphatgruppen recht stabil ihr kennt wahrscheinlich das Beispiel von ATP um die DNA zu stabilisieren und einen
- neutralen pH-Wert zu gewährleisten enthält das Gefäß zu dem Salz und Puffer mit diesen Zutaten im Reaktionsgemisch
- lassen sich nun in der Polymerase Kettenreaktion Kopien des gewünschten DNA Abschnitts anfertigen und zwar durch
- folgende drei Schritte die sich zyklisch immer wiederholen erstens die DNA Denaturierung zweitens die Weimar
- Hybridisierung und drittens die dna-polimarisation beim ersten Schritt den man als DNA Denaturierung bezeichnet
- wird das Reaktionsgemisch mit den eben genannten Bestandteilen auf ca 92 Grad erhitzt vielleicht hat der ein oder
- andere es von euch bereits gemerkt auch wenn das pcr-gemisch viele Bestandteile der DNA-Replikation enthält die Enzyme
- zur endspiralisierung und zur Trennung des doppelstrangs in zwei Einzelstränge tauchen nicht auf und trotzdem ist
- dieser Schritt notwendig für die spätere Synthese der beiden Tochter strenger die Enzyme sind deshalb nicht notwendig weil
- das Erhitzen des reaktionsgemischs ihre Funktion übernimmt eine derart heiße Temperatur hat zur Folge dass sich die
- Wasserstoffbrücken des DNA doppelstrangs der dna-matratze lösen und auf diese Weise die beiden Stränge voneinander
- getrennt werden wenn man das gesamte Gefäß erhitzt ist klar dass alle Bestandteile dieser heißen Temperatur
- ausgesetzt sind und vor allem für die DNA polymerase stellt das ein echte das Problem da weil diese bei Temperaturen
- nahe des Siedepunktes denaturiert also kaputt geht als die PCR-Methode erfunden wurde musste man in jedem Zyklus nach
- der Denaturierung ein neues Enzym DNA-Polymerase hinzufügen so dass sie Methode kaum geeignet war für eine
- allgemeine breite Anwendung deutlich wirtschaftlicher und praktikabler wäre es das selbst bei der
- denaturierungstemperatur von über 90 Grad Celsius funktionsfähig bliebe so dass es nicht bei jedem Zyklus neu
- zugeführt werden muss die Lösung für dieses Problem stellt das Bakterium thermos aquaticus da das in heißen
- Quellen lebt entsprechend seiner heißen Umgebungstemperatur hat es ein äußerst hitzeresistenten Stoffwechsel und zu
- diesem gehören auch Enzyme wie die DNA polymerase die bei solch hohen Temperaturen nicht denaturiert aus
- diesem Grund nutzt man die Hitze resistente den apolymerase von thermos die bei den hohen Temperaturen während
- der Denaturierung der DNA intakt bleibt beim zweiten Schritt der sogenannten primer-hybridisierung bzw dem Primer in
- nealing wird das Reaktionsgefäß auf circa 50 bis 60 Grad abgekühlt so dass sich die DNA Primer an die
- matrizenstränge durch komplementäre basenpaarungen anlagern können anders als bei der Replikation der DNA handelt
- es sich bei der PCR um DNA statt RNA Primer damit man komplementäre Primer die jeweils am Ende jedes Strangs binden
- künstlich herstellen kann muss natürlich auch die jeweilige Basensequenz am Ende bei der strenge bekannt sein eine
- Polymerase eines Bakteriums das in heißen Quellen lebt ist nicht nur Hitze resistenter und kann höhere Temperaturen
- überleben es arbeitet natürlich auch bei deutlich wärmeren Temperaturen als sie den apolymerase beispielsweise von uns
- Menschen deshalb wird die Temperatur beim nächsten Schritt bei der sogenannten
- Polymerisationen erhöht auf eine für die DNA polymerase optimale Temperatur nämlich auf ca 74 Grad bei dieser
- Temperatur lagern sich die DNA Polymerasen an die Primer der beiden matrizenstränge an und katalysieren die
- Synthese der neuen komplementären Stränge nach diesen drei Schritten Denaturierung Hybridisierung
- Polymerisation sind mittels PCR aus der Matrizen DNA zwei doppelsträngige Kopien der DNA-Sequenz hervorgegangen ein
- einzelner Zyklus dauert nur wenige Minuten man kann sich leicht vorstellen wie in kurzer Zeit eine enorme Menge an
- Kopien des gewünschten dna-fragments erzeugt werden können schließlich nimmt die Anzahl der Kopien mit der
- Wiederholung des Zyklus exponentiell zu an dieser Stelle möchte ich noch auf zwei Fragen eingehen warum ist
- eigentlich so viel DNA erforderlich und wo findet die PCR Anwendung welches Interesse verfolgen Biologen mit
- Hilfe der Polymerase Kettenreaktionen zahlreiche Kopien von spezifischen DNA-Abschnitten in kurzer Zeit
- herzustellen meist ist die PCR nur ein Schritt von vielen bei der Untersuchung und Analyse
- von DNA nachdem man spezifische dna-sequenzenmittel für der pcr-amplifiziert vervielfältigt hat wird
- zum Beispiel die Gelelektrophorese durchgeführt ein Verfahren dass sich in einem gesonderten Video erklärt habe und
- man nutzt um Personen zu identifizieren die Identifizierung von Personen ist in manchen Wissenschaftsbereichen von
- enormer Bedeutung zum Beispiel in der Kriminalistik zu Überführung eines Tatverdächtigen in der Forensik also bei
- der systematischen Untersuchung von Verbrechen oder beim Vaterschaftstest zur Prüfung wer der leibliche Vater
- eines Kindes ist in all diesen Anwendungsbereichen aber auch zum Nachweis von Krankheiten oder die Ideen
- a-sequenzierung kommt die PCR zum Einsatz heutzutage sind pcr-maschinen fester
- Bestandteil eines gentechnischen Labors man könnte sich an dieser Stelle zurecht fragen warum man die DNA nachdem man sie
- aus einem Organismus isoliert hat nicht direkt mit Hilfe der Gel-Elektrophorese auftrennt bzw analysiert
- warum ist überhaupt die Polymerase Kettenreaktion erforderlich mit Hilfe der die Ideen aamplifiziert wird ganz
- einfach weil die DNA-Menge die sich aus einer biologischen Probe isolieren lässt schlichtweg sehr häufig zu gering ist
- und damit arbeiten zu können um im Labor den a zu untersuchen und auch für gentechnische Anwendungen ist es oft
- notwendig viele Kopien einer DNA-Sequenz zu erzeugen nachfolgend habe ich euch noch mal die
- wichtigsten Punkte zur PCR zusammengefasst [Musik]
Zum Nachlesen
Polymerase-KettenreaktionDie PCR wird in biologischen und medizinischen Laboratorien zum Beispiel für die Erkennung von Erbkrankheiten und Virusinfektionen, für das Erstellen und …
BiologieAuf dem Gebiet der Pharmazie werden Medikamente, wie beispielsweise Insulin oder zahlreiche Antibiotika, aus genetisch veränderten Mikroorganismen statt aus …
PolymerisationPolymerisation (auch Polymerbildungsreaktion, nach IUPAC Polymerization genannt) ist eine allgemeine Sammelbezeichnung für Synthesereaktionen, …
GelelektrophoreseEinsatzgebiete ; SDS-PAGE zur Trennung von Stoffgemischen (häufig Proteinen) nach Molekülgröße ; IEF zur Trennung von Proteinen nach ihrem isoelektrischem Punkt …