Reação em cadeia da Polimerase

Apresentação em tema: "Reação em cadeia da Polimerase"— Transcrição da apresentação:

1 Reação em cadeia da Polimerase
PCR Termociclador

2 REAÇÃO EM CADEIA DA POLIMERASE (PCR)
Técnica que permite a amplificação da quantidade de DNA específico utilizando a enzima Taq DNA polimerase, sequências iniciadoras específicas (primers) e variações de temperatura controladas.

3 ETAPAS DO PCR 1. Adição de reagentes DNA

4 ETAPAS DO PCR dATP dCTP dGTP dTTP (nucleotideos)
1. Adição de reagentes DNA dATP dCTP dGTP dTTP (nucleotideos)

5 ETAPAS DO PCR dATP dCTP dGTP dTTP (nucleotideos)
1. Adição de reagentes DNA Taq polimerase Primers Tampão Água dATP dCTP dGTP dTTP (nucleotideos)

6 Taq DNA polimerase O nome Taq vem de Thermus aquaticus, a qual é uma bactéria encontrada sobrevivendo a altas temperaturas em geisers no Yellow Stone National Park.

7 Termoestabilidade limitada
Taq DNA polimerase Termoestabilidade limitada Temperatura T 1/2 (minuto) 92,5oC 95,0oC 97,5oC

8 Taq DNA polimerase  Trata-se de uma enzima cuja atividade é mantida durante 45 minutos a 95°C. Sua quantificação é dada em Unidades (U), sendo que cada U é definida como a quantidade de enzima capaz de incorporar 10 nM de dNTP em cerca de 30 min a 72°C. Na maioria dos protocolos são utilizadas 2,0 a 2,5 U (0,5 l) de enzima em volume final de 100 l. É importante deixar claro que o excesso de enzima também pode prejudicar a eficiência da reação, podendo inclusive inibi-la.

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10 Seqüências dos primers
Os primers (forward e reverse) devem ser construídos de acordo com a conveniência do investigador, de modo que esses possuam seqüências complementares a determinadas regiões do DNA que limitam os segmentos a serem amplificados.

11 Problemas comuns no Desenho de Primers
Auto-complementariedade Complementariedade entre primers

12 Auto Complementariedade
Formação de alça GAACTACCACTGAAGATACTTCAGT HOTGACTTC Tm = 71oC ACTGAA

13 Complementariedade entre Primers
Formação de “primer dimer” 5’ GAACTACCATAGACACACTGAAGGOH3’ 5 ‘ CTTCAGGTCAAGAACTTCCTTCAGTOH3’ 3’OHTGACTTCCTCAAGAACTGGACTTC GAACTACCATAGACACACTGAAGGOH3’

14 Desoxinucleotídios trifosfatados (dNTP)
São as bases nitrogenadas que constituirão as novas cadeias de DNA. Sua concentração numa reação pode variar de 20 a 200 uM sendo importante que as quatro devam variar em concentrações equivalentes. Quando estão em excesso (um nucleotídeo ou todos) podem ocorrer erros de incorporação de bases, gerando cópias alteradas

15 Íon magnésio O íon magnésio (Mg++) é um co-fator enzimático que desempenha um papel de extrema importância na atividade da enzima Taq DNA polimerase. Sua concentração em torno de 1,5 mM é aplicável a maioria das necessidades. - Se a concentração de Mg2+ é muito baixa, temos pouco ou nenhum produto - Se a concentração de Mg2+ é muito elevada, a PCR tem baixa especificidade. Observa-se muitas bandas ou “smear”.

16 Smear

17 PCR “Requerimentos” Cloreto de Magnésio: .5-2.5mM Tampão: pH 8.3-8.8
dNTPs: µM Primers: µM DNA Polimerase: units DNA Alvo:  1 µg

18 ETAPAS DO PCR dATP dCTP dGTP dTTP (nucleotideos)
1. Adição de reagentes DNA Taq polimerase Primers Tampão Água dATP dCTP dGTP dTTP (nucleotideos)

19 2. Alternância de temperaturas
ETAPAS DO PCR 1. Adição de reagentes DNA Taq polimerase Primers Tampão Água dATP dCTP dGTP dTTP (nucleotideos) 94ºC DENATURAÇÃO 2. Alternância de temperaturas (Termociclador)

20 2. Alternância de temperaturas
ETAPAS DO PCR 1. Adição de reagentes DNA Taq polimerase Primers Tampão Água dATP dCTP dGTP dTTP (nucleotideos) 94ºC DENATURAÇÃO 57ºC ANELAMENTO 2. Alternância de temperaturas (Termociclador)

21 2. Alternância de temperaturas
ETAPAS DO PCR 1. Adição de reagentes DNA Taq polimerase Primers Tampão Água dATP dCTP dGTP dTTP (nucleotideos) 94ºC DENATURAÇÃO 57ºC ANELAMENTO 72ºC EXTENSÃO 2. Alternância de temperaturas (Termociclador) 25-40 (35) CICLOS

22 94ºC DENATURAÇÃO

23 Primer forward Primer reverse 57ºC ANELAMENTO

24 Taq DNA polimerase 72ºC EXTENSÃO

25 Temperatura média (Tm) de Anelamento
 Essa temperatura está relacionada, por exemplo, com a quantidade das bases C e G, de modo que quanto maior for o número dessas bases, a temperatura de hibridização tende a aumentar. Normalmente primers de 18 a 25 nucleotídios contendo 50 a 60% de G + C são adequados. Para se calcular a TM (temperatura média de hibridização) de primers com até 20 nucleotídios aplica-se a seguinte formula: 4 x (C + G) +2 x (A + T) = TM

26 Tempo de extensão dos primers
Esse fator depende do comprimento do segmento a ser amplificado e da concentração do DNA molde utilizado na reação. A temperatura ótima de extensão dos primers é de 72°C (temperatura ótima de atividade da polimerase) e o tempo de extensão de 1 minuto é considerado suficiente para estender produtos de aproximadamente pb (em condições ideais).

27 Tempo e temperatura de denaturação
As condições de desnaturação utilizadas normalmente são de 95°C por 5 minutos (desnaturação inicial) e por 30 segundos (desnaturação na ciclagem), sendo que temperaturas mais altas podem ser utilizadas quando se trabalha com seqüências moldes ricas em G+C. Temperaturas muito altas e tempos longos de desnaturação levam a perda de atividade da enzima

28 Amplificação de DNA (exponencial)
Plateau Linear Gel EtBr Log [DNA] Geométrica X ciclos y = 2X

29 Amplificação de DNA (Platô)

30 Número de cópias de 1 molécula de DNA após 34 ciclos: 1.580.000.000

31 Análise dos dados Reação: DNA Enzima Taq Primer Nucleotídeos Tampão
Água Análise dos dados

32 Análise dos dados Termociclador Reação: DNA Enzima Taq Primer
Nucleotídeos Tampão Água Análise dos dados Termociclador

33 Análise dos dados Termociclador Reação de PCR + Tampão Corado
DNA Enzima Taq Primer Nucleotídeos Tampão Água Análise dos dados Termociclador Reação de PCR + Tampão Corado (Loading Buffer)

34 Análise dos dados Termociclador Eletroforese em gel de agarose +
Reação: DNA Enzima Taq Primer Nucleotídeos Tampão Água Análise dos dados Termociclador Eletroforese em gel de agarose + Brometo de Etídeo Reação de PCR + Tampão Corado (Loading Buffer)

35 Análise dos dados Luz Ultravioleta Fotodocumentação Termociclador
Reação: DNA Enzima Taq Primer Nucleotídeos Tampão Água Análise dos dados Luz Ultravioleta Fotodocumentação Termociclador Eletroforese em gel de agarose + Brometo de Etídeo Reação de PCR + Tampão Corado (Loading Buffer)

36 ELETROFORESE EM GEL DE AGAROSE 2% REVELAÇÃO DO BROMETO DE ETÍDEO
COM LUZ ULTRAVIOLETA

37 FOTODOCUMENTAÇÃO DO GEL DE AGAROSE 2% UTILIZANDO MARCADOR LADER 100 pb
1400 1300 600 500 400 300 200 100 Marcador de pares de base (pb)

38 FOTODOCUMENTAÇÃO DO GEL DE AGAROSE 2% UTILIZANDO MARCADOR LADER 100 pb
1400 1300 600 600 600 500 400 400 400 400 300 200 100 100 100 100 100 Marcador de pares de base (pb) TAMANHO ESTIMADO DOS FRAGMENTOS DE DNA AMPLIFICADOS

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40 Variações da técnica de PCR
Reverse Transcriptase -PCR (RT-PCR): amplifica RNAm, construindo cópias complementares de DNA (cDNA). Real Time-PCR: PCR quantitativo utilizado para determinação de carga viral. Nested-PCR: amplifica seqüências de DNA de baixa frequência (exemplo: diagnóstico de parasitoses).

41 Aplicações do PCR A alta sensibilidade do método de PCR, bem como a sua especificidade, nos permite amplificar uma seqüência-alvo mesmo a partir de amostras com baixo grau de pureza e de quantidades mínimas de DNA, o que torna o método viável não só para a pesquisa básica mas também para a pesquisa aplicada.

42 Aplicações do PCR Os produtos amplificados por PCR podem ter as seguintes utilidades/ aplicações: 1. Detecção de deleções / inserções determinadas pela geração de produtos amplificados que apresentam alterações em seu tamanho. 2. Detecção de mutacões pontuais (substituição de bases), conhecidas ou não, que geram polimorfismos genéticos podem ser determinadas pela ação das enzimas de restrição ou através do seqüenciamento.

43 Aplicações do PCR 3. No diagnóstico pré-natal ou pré-implantacional (particularmente para doenças herdadas). 4. Na tipagem para transplantes de órgãos e susceptibilidade para doenças auto-imunes específicas (detecção de polimorfismo para HLA). 5. No diagnóstico e prognóstico de doenças de ordem genética, como o câncer, através do estudo dos genes relacionados a essas doenças. 6. Na medicina forense (DNA fingerprint). 7. No diagnóstico de doenças infecciosas por agentes patogênicos diversos