Όταν ένας ερευνητής σκηνής εγκλήματος ή ένας γιατρός λαμβάνει ένα δείγμα DNA, συχνά δεν υπάρχει αρκετό DNA για να το αναλύσει σωστά. Προκειμένου να προσομοιώσουν τη διαδικασία αναπαραγωγής DNA του ίδιου του σώματος, οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια διαδικασία που ονομάζεται PCR που μπορεί να λειτουργήσει σαν μηχανή Xerox και να δημιουργήσει αντίγραφο μετά από αντίγραφο ενός δείγματος DNA. Υπάρχουν πολλά συστατικά μιας αντίδρασης PCR και το χλωριούχο μαγνήσιο είναι ένα από τα πιο ζωτικά.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Το μαγνήσιο δρα σαν καταλύτης στην αντίδραση PCR - το ένζυμο που απαιτείται για την αναπαραγωγή του DNA χρειάζεται μαγνήσιο για να λειτουργήσει και η αντίδραση PCR δεν θα λειτουργήσει χωρίς μαγνήσιο στο μείγμα.
Μίμηση του σώματος
Η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR) αναπτύχθηκε για να μιμηθεί τον τρόπο αναπαραγωγής του DNA της φύσης. Το DNA είναι μια επαναλαμβανόμενη αλληλουχία νουκλεοτιδίων και κάθε νουκλεοτίδιο περιέχει τρία μέρη. Η ραχοκοκαλιά του DNA είναι μια επαναλαμβανόμενη μονάδα σακχάρου και φωσφορικού, και κάθε σάκχαρο έχει μια αζωτούχα βάση συνδεδεμένη σε αυτό. Υπάρχουν τέσσερις αζωτούχες βάσεις. γουανίνη, κυτοσίνη, αδενίνη και θυμίνη. Το DNA αποτελείται από δύο κλώνους φωσφορικού σακχάρου που τρέχουν παράλληλα μεταξύ τους με δύο αζωτούχες βάσεις που ενώνουν μεταξύ κάθε δύο σακχάρων. Όταν το DNA αναπαράγεται στο σώμα, ένα ένζυμο που ονομάζεται ελικάση διασπά τους δεσμούς μεταξύ των αζωτούχων βάσεων. Ένα δεύτερο ένζυμο, η πολυμεράση DNA, συνδέει νέα νουκλεοτίδια στη θέση των παλαιών. Τέλος, ένα τρίτο ένζυμο που ονομάζεται λιγάση DNA ενώνει ξανά τα νέα μόρια.
Στοιχεία αντίδρασης PCR
Πρέπει να γίνουν μερικές αλλαγές προκειμένου να αναπαραχθεί το DNA σε εργαστηριακή αντίδραση. Στη θέση της ελικάσης, μια αντίδραση PCR χρησιμοποιεί απλώς θερμότητα για να σπάσει τους δεσμούς μεταξύ των αζωτούχων βάσεων. Η ανθρώπινη DNA πολυμεράση δεν είναι αρκετά σταθερή για να αντέξει αυτές τις θερμοκρασίες. Ένα παρόμοιο μόριο που ονομάζεται Taq πολυμεράση, ή θερμοσταθερή πολυμεράση, χρησιμοποιείται στη θέση του, επειδή μπορεί να αντέξει τις απαιτήσεις θερμότητας της PCR. Επιπλέον, μια αντίδραση PCR απαιτεί ελεύθερα νουκλεοτίδια, ρυθμιστικό διάλυμα και μαγνήσιο.
Ο ρόλος του χλωριούχου μαγνησίου
Το χλωριούχο μαγνήσιο είναι η προτιμώμενη μέθοδος προσθήκης μαγνησίου σε ένα πείραμα PCR. Η θερμοσταθερή πολυμεράση απαιτεί την παρουσία μαγνησίου να δρα ως συμπαράγοντας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αντίδρασης. Ο ρόλος του είναι παρόμοιος με αυτόν του καταλύτη: το μαγνήσιο δεν καταναλώνεται στην αντίδραση, αλλά η αντίδραση δεν μπορεί να προχωρήσει χωρίς την παρουσία μαγνησίου.
Επιδράσεις του άφθονου μαγνησίου
Όσο περισσότερο μαγνήσιο προστίθεται σε αντίδραση PCR, τόσο πιο γρήγορα θα προχωρήσει η αντίδραση. Ωστόσο, αυτό δεν είναι απαραίτητα καλό. Εάν υπάρχει υπερβολικό μαγνήσιο, η πολυμεράση DNA θα λειτουργήσει πολύ γρήγορα και συχνά κάνει λάθη στη διαδικασία αντιγραφής. Αυτό θα οδηγήσει στην παραγωγή πολλών διαφορετικών κλώνων DNA που δεν αντιπροσωπεύουν απαραίτητα το αρχικό δείγμα που δόθηκε.
Επιδράσεις του Scarce Magnesium
Εάν το μαγνήσιο έχει περιορισμένη τροφοδοσία σε μια αντίδραση, δεν θα πάει τόσο γρήγορα όσο θα έπρεπε. Μπορείτε να επιχειρήσετε να εκτελέσετε PCR 40 κύκλων, αλλά να μην λάβετε τον αριθμό των αντιγράφων που σκοπεύατε. Κάθε κύκλος PCR διπλασιάζει την ποσότητα του DNA στον δοκιμαστικό σωλήνα εκθετικά. Έτσι, ενώ ξεκινάτε με ένα μικρό ποσό, καταλήγετε με πολλές φορές αυτό το αρχικό ποσό στο τέλος. Εάν δεν υπάρχει αρκετό μαγνήσιο, μέρος της πολυμεράσης DNA δεν θα ενεργοποιηθεί και δεν θα λειτουργήσει. Ωστόσο, η θερμότητα θα έχει διαχωρίσει το DNA που υπάρχει ήδη και δεν θα ξανασυνδεθεί. Επομένως, ολόκληρο το πείραμα μπορεί να καταστραφεί εάν δεν υπάρχει αρκετό μαγνήσιο.