2. fejezet - Műveletek a DNS molekulákkal - a DNS számítógépek „utasításai"

Tartalom

2.1. Denaturálás - a kétszálú DNS szálainak szétválasztása
2.2. Renaturálás vagy hibridizáció - kétszálú DNS lánc létrehozása
2.3. Szintetizálás - egyszálú DNS lánc mesterséges előállítása
2.4. Kétszálúvá kiegészítés - a polimeráz enzim
2.5. Sokszorosítás
2.6. Pecázás és szűrés - kiválasztás mintaillesztéssel
2.7. Hosszmérés - a gélelektroforézis
2.8. Szekvenálás - a bázissorrend meghatározása
2.9. Enzimek
2.9.1. A DNS szétvágása
2.9.2. A DNS összelinkelése, összeforrasztása - a ligáz enzim

Most hogy már ismerjük a DNS molekulákat, megnézzük, hogyan tudjuk őket felhasználni, milyen műveletek segítségével tudunk velük számítást végezni: ebben a fejezetben áttekintjük milyen műveleteket végezhetünk a DNS láncokkal, milyen utasításokból kell a DNS gép programját felépíteni.

Ezek során az úgynevezett vizes kísérletek (wet lab, acqueous computing) során a molekuláris levessel (molecular soup) dolgoznak a kutatók, ami általában olyan vizes oldat, ami a DNS molekulákon kívül tartalmazhat különböző enzimeket, katalizátorokat. Formális szempontból az ilyen molekuláris levest egyszálú és kétszálú DNS molekulák halmazának tekintjük, feltételezve, hogy mindenféle molekulából (ami szerepel a halmazban) elegendően sok áll rendelkezésre. Ez a gyakorlatban elterjedt eljárások során valójában nem jelent megszorítást, ahogy látni fogjuk. (Általában tekinthetnénk valódi multihalmaznak is, ha fontos lenne, hogy mely molekulából mennyi van, de itt akkora számokról van szó általában, hogy ez rendkívül megbonyolítaná az elméleti modellt, a gyakorlatban pedig kivitelezhetetlenné tenné a számításokat, hiszen nincs olyan eszköz, amivel pl. pontosan 12 328 429 adenin molekulát tudnánk a levesbe tenni. Ezért, ha a könyvben a multihalmaz elnevezést használjuk, azzal csak utalnunk arra, hogy természetesen a molekulákból az adott oldatban nem egy, hanem nagyon sok van; viszont értelmileg, mint halmazt használjuk a fogalmat.) A könyvben használni fogjuk a lombik elnevezést is ezekre a halmazokra vonatkozóan.

2.1. Denaturálás - a kétszálú DNS szálainak szétválasztása

A DNS molekula komplementer párjai közötti hidrogénkötés másodrendű kötés, jóval gyengébb, mint az egyszeres láncokon belüli foszfodiészter-kötés (elsőrendű kovalens kötés). Az egyes bázispárokat könnyebben el lehet választani egymástól. Erre az egyik megoldás a molekula melegítése - denaturáció -, amelynek hatására a molekula két összekapcsolódott lánca különválik egyszeres DNS láncokat eredményezve. Általában a laborban forráspont-közeli (pl. 85 és 95 ℃ közti) hőmérsékletet használnak szétválasztásra, ezen a hőmérsékleten ez viszonylag gyorsan lezajlik, a hidrogénkötések ereje már kevés a hőmozgásból adódóan fellépő erők ellen. Valójában az A-T és C-G párok számától (arányától) függően már 65-75 ℃ hőmérsékleten bomlanak a kétszálú DNS-ek egyszálú molekulákra.