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Rolle von Calciumchlorid bei der kompetenten Zellpräparation

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Ich bin mir der Tatsache bewusst, dass sich $CaCl_2$ an der Zellwand ablagert und diese weniger negativ macht, möglicherweise durch die Bildung einer Bindung mit Teichonsäure. Auch aufgrund der positiven Ladung zieht es DNA an (DNA ist aufgrund der Phosphatgruppe negativ geladen). Aber tut $CaCl_2$ noch etwas anderes? Auch wenn es die Arbeit von $CaCl_2$ ist, warum fügen wir $MgCl_2$ zuerst in das Standardprotokoll der chemischen Herstellung kompetenter Zellen hinzu?


Obwohl wir keinen schlüssigen Beweis dafür haben, wie $CaCl_2$ funktioniert, ist der vorgeschlagene Mechanismus dem von Ihnen vorgeschlagenen sehr ähnlich. Wenn $CaCl_2$ in wässriger Lösung dissoziiert, binden $Ca^{2+}$-Ionen an die Phosphatgruppen in der DNA sowie an den inneren Kern der Lipopolysaccharide in der Zellmembran (Dagert et al, 1979) und neutralisiert sie. Danach ermöglicht ein Hitzeschock die Aufnahme dieser DNA in den Wirt (wie der Hitzeschock funktioniert, ist ebenfalls nicht bekannt; es wird vermutet, dass eine erhöhte Temperatur Poren in der Zellmembran erzeugt, siehe diese Antwort). Zur visuellen Darstellung siehe dieses Diagramm (von hier):

Auch bezüglich $MgCl_2$ ist die Rolle von $Mg^{2+}$ noch nicht vollständig verstanden. Es ist jedoch bekannt, dass $Mg^{2+}$ das Zellwachstum fördert (Hanahan et al, 1983). Dies könnte daran liegen, dass $Mg^{2+}$ ein wichtiger Faktor ist, der für das Funktionieren von Ribosomen erforderlich ist (Nierhaus et al, 2014). Jedenfalls scheint seine Rolle bei der Steigerung der Kompetenz geringer zu sein als die von $Ca^{2+}$.

PS: während des Experiments arbeiten $Mn^{2+}$, $Rb^+$ und $K^+$ zusammen mit $Ca^{2+}$ ebenfalls effektiv (Hanahan et al, 1983).

Verweise:

  1. Dagert, M.; Ehrlich, S. (1979). "Längere Inkubation in Calciumchlorid verbessert die Kompetenz von Escherichia coli Zellen". Gen. 6 (1): 23-28. doi:10.1016/0378-1119(79)90082-9. PMID 383576

  2. Douglas Hanahan, Studien zur Transformation von Escherichia coli mit Plasmiden, Journal of Molecular Biology, Band 166, Ausgabe 4, 1983, Seiten 557-580, ISSN 0022-2836, http://dx.doi.org/10.1016/S0022-2836(83)80284-8.

  3. Nierhaus K. H. $Mg^{2+}$, $K^+$ und das Ribosom J. Bacteriol. 2014 196 3817-3819


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