Biochemie und Biotechnologie in der Schule: Hubertus ... - ChidS

3 Biotechnologie
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wurde erstmals im Jahre 1986 von Kary Banks Mullis erfolgreich durchgeführt.
Die Entdeckung der PCR revolutionierte die Gentechnologie, da man mit sehr
geringen Mengen an genetischem Material arbeiten konnte und daraus beliebig
große Mengen herstellen konnte.
Bei der Polymerase handelt es sich um ein ganz spezielles Enzym, das als Taq-
Polymerase bezeichnet wird. Das Enzym wird aus dem Bakterium Thermus
aquaticus isoliert und stellt ein natürlich isoliertes Enzym dar. Das Bakterium
ist namensgebend (Taq) für die Polymerase. Dieses spezielle Bakterium lebt
bevorzugt an und in heißen Quellen, so dass dessen Enzyme einen sehr hohen
Temperaturtoleranzbereich besitzen. Daraus resultiert eine extreme
Hitzebeständigkeit der Taq-Polymerase, welche man sich bei der PCR zu nutze
macht. Das Prinzip der PCR umfasst im Wesentlichen zwei Punkte:
1.) Amplifikation:
Ein kleiner DNA-Abschnitt wird in großen Mengen synthetisiert.
2.) Die PCR beruht auf einer Abfolge von gleichen Zyklen, wobei jeder
Zyklus drei aufeinender folgende Schritte aufweist.
Dieser Zyklus wird nun etwas genauer betrachtet.
Jeder Zyklus beginnt mit der Denaturierung der zu untersuchenden DNA. Die
Denaturierung wird durch ein Erhitzen der Probe auf 94 °C herbeigeführt. Die
DNA-Probe liegt danach in Einzelsträngen vor.
Die Probe wird darauf folgend auf 70 °C herabgekühlt und kurze
komplementäre DNA-Sequenzen, die so genannten Primer, werden an die
jeweiligen 3´-Enden der Einzelstränge geheftet. Diese Anheftung der
komplimentären Sequenzen wird als Annealing bezeichnet.
Bei einer Temperatur zwischen 64 und 68 °C wird die Taq-Polymerase
aktiviert. Diese verlängert ausgehend von den Primern die gesamte DNA-
Sequenz des vorliegenden Einzelstranges, der somit als Matrize dient. Die
Synthese erfolgt vom 5´-Ende des Primers in Richtung 3´-Ende. Als Ergebnis
liegt wieder ein komplementärer DNA-Doppelstrang vor. Daraus werden im
ersten Durchlauf des Zyklus zwei komplementäre DNA-Doppelstränge, die
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