Taq polimerasa: Definición y función

¿Qué es la PCR?

Imagina que eres un científico a mediados de la década de 1980, tratando de descubrir cómo copiar gran cantidad de ADN a la vez. La idea de que podríamos usar el ADN para cualquier cosa solo ha existido durante unos años, y ahí está, conduciendo por la costa de California, reflexionando sobre cómo hacer su trabajo más fácil. De repente te das cuenta: ¿qué pasaría si pudieras copiar pequeñas partes de la enorme molécula de ADN con mucha rapidez, como usar una fotocopiadora para duplicar una página de un libro? ¡Eso sin duda haría su vida en el laboratorio mucho más agradable! Bueno, así es como Kary Mullis ayudó a avanzar en la ciencia del ADN al hacer avanzar la ciencia de la PCR. PCR es la abreviatura de reacción en cadena de la polimerasa y es un método que podemos usar para clonar secuencias de ADN. A menudo queremos clonar mucho estas secuencias (¡del orden de mil millones de copias de una sola secuencia!), Por lo que la tecnología, obviamente, está involucrada. Así es como funciona: El ADN se recolecta de algún lugar. Luego tomamos ese ADN y lo rompemos. Saber lo que sabemos sobre la estructura del ADN simplifica este proceso. Las dos hebras complementarias de ADN se unen mediante enlaces. El calor puede romper esos lazos. Esta es una de las razones por las que los seres vivos solo pueden tolerar tanto calor: el ADN en realidad se rompe. La PCR es la amplificación de regiones específicas de ADN. Primero, necesitamos romper las hebras dobles usando calor. Por suerte, sabemos que calentar el ADN a unos 94 ° C provocará la ruptura de los enlaces del ADN, y nos quedará un ADN monocatenario. Una vez que tenemos nuestra única hebra, debemos concentrarnos en la región que queremos. ¡Imagínese querer una sola página de un libro pero fotocopiarlo todo! Eso no serviría. Básicamente, PCR se centra en una página y la fotocopia una y otra vez. Para hacer eso con el ADN, necesitamos decirle al ADN qué replicar y luego darle los medios para hacerlo. Hacemos esto mediante el uso de enzimas y cebadores. Los cebadores son tema para otro momento, pero son los encargados de decirle a la polimerasa dónde hacer su trabajo. Piense en ellos como los marcadores que usa para recordar qué página desea fotocopiar. Los cebadores ayudan a las enzimas a concentrarse en una sección particular del ADN para que no se copie todo el contenido. El siguiente paso en la PCR es en realidad crear una nueva cadena de ADN. ¿Alguna vez ha intentado hacer un trabajo realmente delicado cuando hace mucho calor? El ADN tampoco puede replicarse a esa alta temperatura de 94 ° C, por lo que para que la PCR continúe, tenemos que enfriarlo un poco, a 72 ° C, para ser exactos. Eso sigue estando bastante calentito a unos 160 ° F, pero la mayoría de las enzimas funcionan bien a esa temperatura, especialmente las que replican el ADN. Sin embargo, la mayoría de las enzimas no pueden soportar esa temperatura súper alta de 94 ° C y terminan derritiéndose, al igual que el ADN. Ese fue un problema con los primeros métodos de PCR, y uno al que encontramos una solución en la naturaleza. ¡Centrémonos en esas enzimas!

Enzima

Las enzimas son proteínas que aceleran las reacciones sin consumirse. La enzima más importante en una reacción de PCR se llama polimerasa taq . Una polimerasa es una enzima que une moléculas, y resulta que queremos unir muchos nucleótidos (los componentes básicos del ADN) juntos, por lo que funciona para nosotros. Cada célula que tiene ADN tiene su propia polimerasa que se encarga de la replicación del ADN. La PCR utiliza una polimerasa de una especie de bacteria, Thermus aquaticus, que normalmente vive en aguas termales.

El medio ambiente lo es todo

¿Has estado en alguna fuente termal? Son ridículamente calientes, pero algunas bacterias pueden sobrevivir muy bien en estas condiciones de vapor. ¿Porque es esto importante? Bueno, las células que viven felices a temperaturas más bajas tienen enzimas que funcionan perfectamente a temperaturas más bajas. Si las temperaturas suben demasiado, las enzimas se desnaturalizan o pierden su estructura y dejan de funcionar. Cuando ejecutamos la PCR, primero comenzamos con ese paso de fusión en el que aumentamos la temperatura para romper el ADN de doble hebra. Si usamos enzimas en la reacción de PCR que se desnaturalizan durante ese paso, no podemos continuar o tenemos que agregar más enzimas después de enfriar la reacción. Así es exactamente como solía funcionar la PCR: algún estudiante de posgrado pobre (porque sabes que los profesores no estaban en el laboratorio haciendo esto durante horas y horas …) tendría que agregar enzima cada tres o cuatro minutos durante una reacción, todo el día . ¡Habla de un trabajo tedioso! Entonces, después de unos años de tener que agregar manualmente más y más enzima en cada ciclo de PCR, alguien pensó: ‘¡Sabes, tiene que haber una manera mejor!’ La necesidad es la madre de la invención, y el brillante Kary Mullis pensó que debe haber ADN polimerasa que sea estable a altas temperaturas. Efectivamente, nuestra amigable bacteria amante del calor nos salvó el día y nos dio una polimerasa que no se desnaturaliza a 95 ° C. Debido a que proviene de la bacteria Thermus aquaticus, ahora la llamamos polimerasa ‘Taq’.

¿Qué hace Taq?

Así que rompimos el ADN de doble hebra, preparamos nuestra polimerasa resistente al calor para producir más ADN y le dijimos a la polimerasa dónde hacer su trabajo. ¿Ahora que? Bueno, ahora dejamos que la naturaleza siga su curso. Proporcionamos a la polimerasa Taq todas las herramientas que necesita para hacer su trabajo: el entorno perfecto, una plantilla de ADN, un montón de nucleótidos (todos los bits que componen el ADN) y suficiente tiempo para hacer el trabajo. Ponemos todo esto en una máquina que mantiene la sopa de ADN a la temperatura óptima de 72 ° C (que es la temperatura óptima para la polimerasa Taq) y dejamos que haga su trabajo. La enzima toma todos esos nucleótidos que flotan libremente y los alinea de manera ordenada y ordenada en la plantilla de ADN. Dependiendo de cuánto tiempo dure nuestro sitio objetivo, le damos a la polimerasa de uno a tres minutos para que haga su trabajo (cuanto más largo sea el sitio, más tardará en copiarlo, naturalmente). Luego repetimos el proceso 30-40 veces. Después de haberlo repetido tantas veces, hacemos un paso de extensión final al final, solo para darle a la polimerasa algo de tiempo extra para copiar todo el ADN monocatenario restante, y luego enfriamos toda la reacción en un refrigerador. para evitar que la polimerasa Taq funcione.

Resumen de la lección

Revisemos. La polimerasa Taq es una enzima que copia el ADN. Se aísla de una bacteria amante del calor que se encuentra naturalmente en las aguas termales, por lo que la enzima no se degrada a las altas temperaturas necesarias para copiar el ADN mediante una reacción en cadena de la polimerasa. A altas temperaturas, la polimerasa Taq une nucleótidos a una plantilla de ADN, copiando así el ADN.

Términos clave de la polimerasa

• Reacción en cadena de la polimerasa (PCR) : un método utilizado para clonar secuencias de ADN.
• Enzimas : proteínas que aceleran las reacciones sin ser igualmente consumidas
• Taq polimerasa : una enzima que copia el ADN
• Polimerasa : una enzima que une las moléculas.
• Nucleótidos : los componentes básicos del ADN
• Desnaturalización : las enzimas pierden su estructura debido a las altas temperaturas y ya no funcionan.

Los resultados del aprendizaje

Con un mayor conocimiento de la polimerasa taq, podría resultarle muy fácil:

• Recite la definición de reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
• Explica cómo funciona la PCR
• Tenga en cuenta la importancia y los orígenes de la polimerasa taq
• Reconocer la función de taq

Rodrigo Ricardo Editor y fundador