Lorsqu'un enquêteur sur une scène de crime ou un médecin obtient un échantillon d'ADN, il n'y a souvent pas assez d'ADN disponible pour l'analyser correctement. Afin de simuler le processus de réplication de l'ADN du corps, les scientifiques ont développé un processus appelé PCR qui peut agir comme une machine Xerox et faire copie après copie d'un échantillon d'ADN. Il existe de nombreux composants d'une réaction PCR, et le chlorure de magnésium est l'un des plus vitaux.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Le magnésium agit comme un catalyseur dans la réaction PCR - l'enzyme nécessaire pour répliquer l'ADN a besoin de magnésium pour fonctionner, et la réaction PCR ne fonctionnera pas sans magnésium dans le mélange.
Imiter le corps
La réaction en chaîne par polymérase (PCR) a été développée afin d'imiter la façon dont la nature se réplique de l'ADN. L'ADN est une séquence répétitive de nucléotides et chaque nucléotide contient trois parties. L'épine dorsale de l'ADN est une unité répétée de sucre et de phosphate, et chaque sucre a une base azotée qui lui est attachée. Il existe quatre bases azotées; guanine, cytosine, adénine et thymine. L'ADN se compose de deux brins de phosphate de sucre parallèles l'un à l'autre avec deux bases azotées se joignant entre tous les deux sucres. Lorsque l'ADN se réplique dans le corps, une enzyme appelée hélicase brise les liaisons entre les bases azotées. Une deuxième enzyme, l'ADN polymérase, attache de nouveaux nucléotides à la place des anciens. Enfin, une troisième enzyme appelée ADN ligase relie les nouvelles molécules ensemble.
Composants de la réaction PCR
Quelques modifications doivent être apportées afin de répliquer l'ADN dans une réaction de laboratoire. Au lieu de l'hélicase, une réaction PCR utilise simplement la chaleur pour rompre les liaisons entre les bases azotées. L'ADN polymérase humaine n'est pas suffisamment stable pour résister à ces températures. Une molécule similaire appelée Taq polymérase, ou polymérase thermostable, est utilisée à sa place, car elle peut résister aux exigences thermiques de la PCR. De plus, une réaction PCR nécessite des nucléotides libres, un tampon et du magnésium.
Le rôle du chlorure de magnésium
Le chlorure de magnésium est la méthode préférée pour ajouter du magnésium à une expérience PCR. La polymérase thermostable nécessite la présence de magnésium pour agir comme cofacteur pendant le processus de réaction. Son rôle est similaire à celui d'un catalyseur: le magnésium n'est pas réellement consommé dans la réaction, mais la réaction ne peut se dérouler sans la présence du magnésium.
Effets du magnésium abondant
Plus il y a de magnésium ajouté à une réaction PCR, plus la réaction se déroulera rapidement. Cependant, ce n'est pas nécessairement une bonne chose. Si trop de magnésium est présent, l'ADN polymérase fonctionnera trop rapidement et fera souvent des erreurs dans le processus de copie. Cela conduira à la production de nombreux brins d'ADN différents qui ne représentent pas nécessairement l'échantillon original qui a été fourni.
Effets du magnésium rare
Si le magnésium est en quantité limitée dans une réaction, il n'ira pas aussi vite qu'il le devrait, voire pas du tout. Vous pouvez essayer d'exécuter une PCR de 40 cycles mais ne pas obtenir le nombre de copies souhaité. Chaque cycle de PCR double de manière exponentielle la quantité d'ADN dans le tube à essai. Ainsi, alors que vous commencez avec un petit montant, vous vous retrouvez avec plusieurs fois ce montant initial à la fin. S'il n'y a pas assez de magnésium, une partie de l'ADN polymérase ne sera pas activée et cela ne fonctionnera pas. Cependant, la chaleur aura démonté l'ADN déjà présent et il ne sera pas réassemblé. Par conséquent, toute l'expérience peut être ruinée s'il n'y a pas assez de magnésium présent.