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Polymerase-KettenreaktionZoomA-Z

Fachgebiet - Biochemie, Molekularbiologie

Die Polymerase-Kettenreaktion, abgekürzt PCR (polymerase chain reaction), ist ein Verfahren zur Vermehrung von DNA in vitro. Mit ihrer Hilfe können schnell und einfach beliebige DNA-Sequenzen vervielfältigt werden. Kleinste Mengen genetischen Materials reichen aus, um aus ihnen mittels PCR eine für herkömmliche Messmethoden bestimmbare Menge zu synthetisieren. Entwickelt wurde die PCR Mitte der achziger Jahre vom US-Amerikaner Kary B. Mullis. Er wurde dafür 1993 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

Die besteht im Wesentlichen aus drei Schritten: Trennen des DNA-Doppelstranges, Anheften synthetischer Start-DNA und Vervielfältigung der DNA. Im Einzelnen: Man nimmt eine doppelsträngige Ausgangs-DNA (theoretisch ist ein einziges Molekül ausreichend) und erhöht die Temperatur so lange, bis sich die beiden Einzelstränge voneinander trennen. Dann gibt man kurze synthetische DNA-Fragmente hinzu, die zu den Enden auf den Einzelsträngen komplementär sind und beim Abkühlen an diese binden (Hybridisierung). Es bilden sich kurze Doppelstrangabschnitte, die als Startpunkte für eine Auffüllreaktion dienen, bei der ähnlich wie bei der DNA-Replikation in vivo ein Einzelstrang zum Doppelstrang ergänzt wird. Da die kurzen synthetischen DNA-Fragmente als Starter für die Auffüllreaktion fungieren, werden sie als "Primer" bezeichnet. Nach beendeter Reaktion sind aus den zwei getrennten Einzelsträngen zwei Doppelstränge geworden, die identisch sind.

Dieser Zyklus kann mehrmals wiederholt werden. Nach ca. 20 Zyklen hat man eine millionenfache Anreicherung des zwischen den Primern liegenden DNA-Abschnitts erreicht. Besonders leistungsfähig wird die Methode durch den Einsatz von temperaturstabilen Enzymen aus hitzeliebenden Bakterien. Mittlerweile sind PCR-Geräte erhältlich, die individuell programmierbar sind.

Lerneinheiten, in denen der Begriff behandelt wird

Vorbereitung zum gentechnischen PraktikumLevel 245 min.

BiochemieArbeitsmethodenGentechnisches Praktikum

Diese Lerneinheit ist eine Einführung in die im gentechnischen Praktikum verwendeten Methoden und Geräte.

Evolutive MethodenLevel 245 min.

BiochemieArbeitsmethodenGentechnische Verfahren

Beispiele zur Anwendung evolutiver Methoden: Phagen- und Ribosomen-Display, Merrifield-Synthesen.

Kombinatorisches WirkstoffdesignLevel 360 min.

PharmaziePharmazeutische ChemieWirkstoffdesign

Das Ziel des kombinatorischen Designs ist es, eine möglichst große Zahl von potenziellen Wirkstoffen aus der Kombination bzw. Permutation einfacher Grundstoffe zu erzeugen. Im Gegensatz zur konventionellen Synthese von Wirkstoffen, die gezielt von wenigen Ausgangsstoffen zu einem oder wenigen gewünschten Endprodukten abläuft, versucht die kombinatorische Synthese eine möglichst große Vielfalt von Syntheseprodukten zu erreichen. Das kombinatorische Wirkstoffdesign lebt vom Prinzip, dass eine große Zahl von testbaren Substanzen auch die Anzahl möglicher neuer Leitstrukturen erhöht. Ein zweiter Vorteil der kombinatorischen Methode setzt ein, nachdem durch Versuch und Irrtum neue Leitstrukturen gefunden wurden. Da es in der kombinatorischen Synthese relativ einfach ist, Strukturen systematisch zu modifizieren, erhöht sich die Chance und vermindert sich der Zeitaufwand, gefundene Leitstukturen zu optimieren.

Einführung in die PCRLevel 1120 min.

BiochemieArbeitsmethodenGentechnische Verfahren

Der grundsätzliche Ablauf einer Polymerase-Kettenreaktion (PCR), die benötigten Komponenten und Einsatzmöglichkeiten werden in dieser Lerneinheit vorgestellt und veranschaulicht.

Gentechnische MethodenLevel 280 min.

BiochemieArbeitsmethodenGentechnische Verfahren

Einführung in die Molekularbiologie und ihre Methoden

Die PCR in der PraxisLevel 1120 min.

BiochemieArbeitsmethodenGentechnische Verfahren

Die PCR ist seit vielen Jahren als molekularbiologische Standardmethode im Labor etabliert. Jede Anwendung kann jedoch besondere Anforderungen an diese Technik stellen, z.B. hinsichtlich der Menge an Ausgangssubstrat, des optimalen Temperaturbereichs oder der Verwendung von mRNA anstatt DNA als Ausgangsmaterial. Die real-time-PCR ist die derzeit wichtigste Weiterentwicklung des ursprünglichen PCR-Verfahrens, das lediglich eine Endpunktbestimmung erlaubte. Mit der real-time-PCR kann eine Reaktion anhand der Lichtemission von Fluoreszenz-Sonden quasi in Echtzeit verfolgt und auch die Menge an Ausgangssubstrat bestimmt werden.

Anwendungen der PCRLevel 140 min.

BiochemieArbeitsmethodenGentechnische Verfahren

Anwendungsmöglichkeiten für die PCR in der Biochemie, Molekularbiologie, Medizin und Forensik werden vorgestellt und kurz erläutert.

Werkzeuge der GentechnikLevel 245 min.

BiochemieArbeitsmethodenGentechnische Verfahren

Vorstellung der wichtigsten Enzyme und deren Verwendung in der Gentechnik

PflanzengentechnikLevel 280 min.

BiochemieArbeitsmethodenGentechnische Verfahren

Die wichigsten Verfahren der Gentechnik in Pflanzen werden vorgestellt.

Praktikum 5: Inverse PCR - Deletion von GenabschnittenLevel 160 min.

BiochemieArbeitsmethodenGentechnisches Praktikum

Diese Lerneinheit erklärt, wie sich mit Hilfe der PCR eine Deletion in einem DNA-Molekül erzeugt wird. Versuchsdetails wie die Reinigung der Oligonucleotid-Primer, die Durchführung der PCR mit anschließender Gelelektrophorese und die weitere Verwendung dieses PCR-Produktes für Ligation und Transformation werden im Detail erläutert.