Kun rikospaikkatutkija tai lääkäri hankkii DNA-näytteen, DNA: ta ei ole usein riittävästi sen analysoimiseksi. Kehon oman DNA-replikaatioprosessin simuloimiseksi tutkijat kehittivät prosessin nimeltä PCR, joka voi toimia kuten Xerox-kone ja tehdä kopioita DNA-näytteen kopion jälkeen. PCR-reaktiossa on monia komponentteja, ja magnesiumkloridi on yksi tärkeimmistä.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Magnesium toimii kuin katalysaattori PCR-reaktiossa - DNA: n replikointiin tarvittava entsyymi tarvitsee magnesiumia toimiakseen, ja PCR-reaktio ei toimi ilman magnesiumia seoksessa.
Kehon matkiminen
Polymeraasiketjureaktio (PCR) kehitettiin jäljittelemään luonnon omaa tapaa replikoida DNA: ta. DNA on toistuva nukleotidisekvenssi, ja jokainen nukleotidi sisältää kolme osaa. DNA: n selkäranka on toistuva sokeri- ja fosfaattiyksikkö, ja jokaisella sokerilla on typpipohja. Typpipitoisia emäksiä on neljä; guaniini, sytosiini, adeniini ja tymiini. DNA koostuu kahdesta sokerifosfaattisäikeestä, jotka kulkevat yhdensuuntaisesti toistensa kanssa kahden typpipitoisen emäksen kanssa, jotka yhdistyvät kahden sokerin välillä. Kun DNA replikoituu kehossa, helikaasiksi kutsuttu entsyymi hajottaa typpipitoisten emästen väliset sidokset. Toinen entsyymi, DNA-polymeraasi, kiinnittää uusia nukleotideja vanhojen sijasta. Lopuksi kolmas entsyymi, nimeltään DNA-ligaasi, yhdistää uudet molekyylit takaisin yhteen.
PCR-reaktiokomponentit
Muutama muutos on tehtävä DNA: n replikoimiseksi laboratorioreaktiossa. Helikaasin sijasta PCR-reaktio yksinkertaisesti käyttää lämpöä typpipitoisten emästen välisten sidosten katkaisemiseksi. Ihmisen DNA-polymeraasi ei ole riittävän stabiili kestämään näitä lämpötiloja. Samanlaista molekyyliä, nimeltään Taq-polymeraasi tai termostabiili polymeraasi, käytetään sen sijaan, koska se kestää PCR: n lämpövaatimuksia. Lisäksi PCR-reaktio vaatii vapaita nukleotideja, puskuria ja magnesiumia.
Magnesiumkloridin rooli
Magnesiumkloridi on edullinen menetelmä lisätä magnesiumia PCR-kokeeseen. Termostabiili polymeraasi vaatii magnesiumin läsnäoloa toimiakseen kofaktorina reaktioprosessin aikana. Sen rooli on samanlainen kuin katalyytillä: magnesiumia ei tosiasiallisesti kuluteta reaktiossa, mutta reaktio ei voi edetä ilman magnesiumin läsnäoloa.
Runsaan magnesiumin vaikutukset
Mitä enemmän magnesiumia lisätään PCR-reaktioon, sitä nopeammin reaktio etenee. Se ei kuitenkaan ole välttämättä hyvä asia. Jos magnesiumia on liikaa, DNA-polymeraasi toimii liian nopeasti ja tekee usein virheitä kopiointiprosessissa. Tämä johtaa monien eri DNA-säikeiden tuottamiseen, jotka eivät välttämättä edusta toimitettua alkuperäistä näytettä.
Niukan magnesiumin vaikutukset
Jos magnesiumia on rajoitetusti reaktiossa, se ei mene niin nopeasti kuin pitäisi, jos ollenkaan. Voit yrittää suorittaa 40 jakson PCR: n, mutta et saa haluamaasi määrää kopioita. Jokainen PCR-sykli kaksinkertaistaa DNA: n määrän koeputkessa eksponentiaalisesti. Joten kun aloitat pienellä määrällä, päädyt lopulta moninkertaiseen määrään alkuperäiseen määrään. Jos magnesiumia ei ole tarpeeksi, osa DNA-polymeraasista ei aktivoidu eikä se toimi. Lämpö on kuitenkin hajottanut jo läsnä olevan DNA: n, eikä siihen liity uudelleen. Siksi koko koe voidaan pilata, jos magnesiumia ei ole tarpeeksi.