Cuando un investigador de la escena del crimen o un médico obtienen una muestra de ADN, a menudo no hay suficiente ADN disponible para analizarla adecuadamente. Para simular el proceso de replicación del ADN del propio cuerpo, los científicos desarrollaron un proceso llamado PCR que puede actuar como una máquina Xerox y hacer copia tras copia de una muestra de ADN. Hay muchos componentes de una reacción de PCR y el cloruro de magnesio es uno de los más vitales.
TL; DR (demasiado largo; No leí)
El magnesio actúa como un catalizador en la reacción de PCR: la enzima requerida para replicar el ADN necesita magnesio para funcionar, y la reacción de PCR no funcionará sin magnesio en la mezcla.
Imitando el cuerpo
La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) se desarrolló con el fin de imitar la forma en que la naturaleza replica el ADN. El ADN es una secuencia repetida de nucleótidos y cada nucleótido contiene tres partes. La columna vertebral del ADN es una unidad repetida de azúcar y fosfato, y cada azúcar tiene una base nitrogenada adjunta. Hay cuatro bases nitrogenadas; guanina, citosina, adenina y timina. El ADN consta de dos hebras de fosfato de azúcar que corren paralelas entre sí con dos bases nitrogenadas que se unen entre cada dos azúcares. Cuando el ADN se replica en el cuerpo, una enzima llamada helicasa rompe los enlaces entre las bases nitrogenadas. Una segunda enzima, la ADN polimerasa, une nuevos nucleótidos en lugar de los antiguos. Finalmente, una tercera enzima llamada ADN ligasa vuelve a unir las nuevas moléculas.
Componentes de la reacción de PCR
Deben realizarse algunos cambios para replicar el ADN en una reacción de laboratorio. En lugar de la helicasa, una reacción de PCR simplemente usa calor para romper los enlaces entre las bases nitrogenadas. La ADN polimerasa humana no es lo suficientemente estable para soportar estas temperaturas. En su lugar se utiliza una molécula similar llamada polimerasa Taq, o polimerasa termoestable, porque puede soportar los requisitos de calor de la PCR. Además, una reacción de PCR requiere nucleótidos libres, un tampón y magnesio.
El papel del cloruro de magnesio
El cloruro de magnesio es el método preferido para agregar magnesio a un experimento de PCR. La polimerasa termoestable requiere la presencia de magnesio para actuar como cofactor durante el proceso de reacción. Su función es similar a la de un catalizador: el magnesio no se consume realmente en la reacción, pero la reacción no puede continuar sin la presencia del magnesio.
Efectos de la abundancia de magnesio
Cuanto más magnesio se agregue a una reacción de PCR, más rápido procederá la reacción. Sin embargo, eso no es necesariamente algo bueno. Si hay demasiado magnesio, la ADN polimerasa funcionará demasiado rápido y, a menudo, cometerá errores en el proceso de copia. Esto conducirá a que se produzcan muchas hebras diferentes de ADN que no necesariamente representan la muestra original que se proporcionó.
Efectos del escaso magnesio
Si el suministro de magnesio es limitado en una reacción, no irá tan rápido como debería, si es que lo hace. Puede intentar ejecutar una PCR de 40 ciclos pero no obtener la cantidad de copias que deseaba. Cada ciclo de PCR duplica exponencialmente la cantidad de ADN en el tubo de ensayo. Entonces, mientras comienzas con una pequeña cantidad, al final terminas con muchas veces esa cantidad inicial. Si no hay suficiente magnesio, parte de la ADN polimerasa no se activará y no funcionará. Sin embargo, el calor habrá desarmado el ADN que ya está presente y no se volverá a unir. Por lo tanto, todo el experimento puede arruinarse si no hay suficiente magnesio presente.