Amikor egy bűncselekmény nyomozója vagy orvos DNS-mintát szerez, gyakran nincs elegendő DNS rendelkezésre annak megfelelő elemzéséhez. A test saját DNS-replikációs folyamatának szimulálása érdekében a tudósok kifejlesztettek egy PCR nevű folyamatot, amely úgy viselkedhet, mint egy Xerox gép, és másolatot készíthet a DNS-minta másolata után. A PCR reakciónak számos összetevője van, és a magnézium-klorid az egyik legfontosabb.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A magnézium katalizátorként működik a PCR-reakcióban - a DNS replikálásához szükséges enzim működéséhez magnéziumra van szükség, és a PCR-reakció nem működik magnézium nélkül a keverékben.
A Test utánzása
A polimeráz láncreakciót (PCR) azért fejlesztettük ki, hogy utánozzuk a természet saját módszerét a DNS replikálására. A DNS egy ismétlődő nukleotid szekvencia, és mindegyik nukleotid három részt tartalmaz. A DNS gerince egy ismétlődő cukor és foszfát egység, és minden cukorhoz nitrogén bázis kapcsolódik. Négy nitrogénes bázis van; guanin, citozin, adenin és timin. A DNS két egymással párhuzamosan futó cukor-foszfát-szálból áll, és két cukor között két nitrogén-bázis csatlakozik. Amikor a DNS replikálódik a testben, a helikáz nevű enzim szétválasztja a nitrogén bázisok közötti kötéseket. Egy második enzim, a DNS-polimeráz, új nukleotidokat köt a régiek helyett. Végül egy harmadik enzim, az úgynevezett DNS-ligáz egyesíti az új molekulákat.
PCR reakció komponensek
Néhány módosítást kell végrehajtani a DNS laboratóriumi reakcióban történő replikálása érdekében. A helikáz helyett egy PCR-reakció egyszerűen hőt használ a nitrogén-bázisok közötti kötések megszakítására. Az emberi DNS-polimeráz nem elég stabil ahhoz, hogy ellenálljon ezeknek a hőmérsékleteknek. Hasonló helyett Taq-polimeráznak vagy hőstabil polimeráznak nevezett molekulát használják helyette, mert képes ellenállni a PCR hőigényének. Ezenkívül egy PCR-reakcióhoz szabad nukleotidokra, pufferre és magnéziumra van szükség.
A magnézium-klorid szerepe
A magnézium-klorid az előnyös módszer a magnézium hozzáadásához egy PCR-kísérlethez. A hőstabil polimerázhoz magnézium jelenléte szükséges, hogy kofaktorként működjön a reakció során. Szerepe hasonló a katalizátoréhoz: a magnéziumot a reakció során valóban nem fogyasztják el, de a reakció nem folytatható a magnézium jelenléte nélkül.
A bőséges magnézium hatása
Minél több magnéziumot adunk a PCR reakcióhoz, annál gyorsabban halad a reakció. Ez azonban nem feltétlenül jó dolog. Ha túl sok magnézium van jelen, a DNS-polimeráz túl gyorsan fog működni, és gyakran hibázik a másolási folyamatban. Ez ahhoz vezet, hogy számos különböző DNS-szál képződik, amelyek nem feltétlenül jelentik a kapott eredeti mintát.
A szűkös magnézium hatásai
Ha a magnézium korlátozott mennyiségben van jelen egy reakcióban, akkor nem megy olyan gyorsan, mint kellene, ha egyáltalán. Megpróbálhat 40 ciklusú PCR-t futtatni, de nem tudja elérni a kívánt példányszámot. A PCR minden ciklusa exponenciálisan megduplázza a kémcsőben lévő DNS mennyiségét. Tehát, miközben egy kis összeggel indul, végül ennek a kezdeti összegnek a sokszorosa lesz. Ha nincs elegendő magnézium, a DNS-polimeráz egy része nem aktiválódik, és nem fog működni. A hő azonban szétszedi a már meglévő DNS-t, és nem csatlakozik hozzá újra. Ezért az egész kísérlet tönkremehet, ha nincs elegendő magnézium.