Quando un investigatore della scena del crimine o un medico ottiene un campione di DNA, spesso non c'è abbastanza DNA disponibile per analizzarlo correttamente. Per simulare il processo di replicazione del DNA del corpo, gli scienziati hanno sviluppato un processo chiamato PCR che può agire come una macchina Xerox e fare una copia dopo l'altra di un campione di DNA. Ci sono molti componenti di una reazione PCR e il cloruro di magnesio è uno dei più vitali.
TL; DR (troppo lungo; non letto)
Il magnesio agisce come un catalizzatore nella reazione PCR: l'enzima necessario per replicare il DNA ha bisogno del magnesio per funzionare e la reazione PCR non funzionerà senza magnesio nella miscela.
Imitare il corpo
La reazione a catena della polimerasi (PCR) è stata sviluppata per imitare il modo in cui la natura replica il DNA. Il DNA è una sequenza ripetuta di nucleotidi e ogni nucleotide contiene tre parti. La spina dorsale del DNA è un'unità ripetitiva di zucchero e fosfato e ogni zucchero ha una base azotata attaccata ad esso. Ci sono quattro basi azotate; guanina, citosina, adenina e timina. Il DNA è costituito da due filamenti di fosfato di zucchero che corrono paralleli l'uno all'altro con due basi azotate che si uniscono tra ogni due zuccheri. Quando il DNA si replica nel corpo, un enzima chiamato elicasi rompe i legami tra le basi azotate. Un secondo enzima, la DNA polimerasi, attacca nuovi nucleotidi al posto di quelli vecchi. Infine, un terzo enzima chiamato DNA ligasi unisce nuovamente le nuove molecole.
Componenti della reazione PCR
Devono essere apportate alcune modifiche per replicare il DNA in una reazione di laboratorio. Al posto dell'elicasi, una reazione PCR utilizza semplicemente il calore per rompere i legami tra le basi azotate. La DNA polimerasi umana non è abbastanza stabile per resistere a queste temperature. Al suo posto viene utilizzata una molecola simile chiamata Taq polimerasi, o polimerasi termostabile, perché può resistere ai requisiti di calore della PCR. Inoltre, una reazione PCR richiede nucleotidi liberi, un tampone e magnesio.
Il ruolo del cloruro di magnesio
Il cloruro di magnesio è il metodo preferito per aggiungere magnesio a un esperimento di PCR. La polimerasi termostabile richiede la presenza di magnesio per agire come cofattore durante il processo di reazione. Il suo ruolo è simile a quello di un catalizzatore: il magnesio non viene effettivamente consumato nella reazione, ma la reazione non può procedere senza la presenza del magnesio.
Effetti del magnesio in abbondanza
Più magnesio viene aggiunto a una reazione PCR, più rapida sarà la reazione. Tuttavia, non è necessariamente una buona cosa. Se è presente troppo magnesio, la DNA polimerasi funzionerà troppo rapidamente e spesso commetterà errori nel processo di copiatura. Ciò porterà alla produzione di molti diversi filamenti di DNA che non rappresentano necessariamente il campione originale fornito.
Effetti del magnesio scarso
Se il magnesio è in quantità limitata in una reazione, non andrà così rapidamente come dovrebbe, se non del tutto. Puoi tentare di eseguire una PCR di 40 cicli ma non ottenere la quantità di copie che volevi. Ogni ciclo di PCR raddoppia in modo esponenziale la quantità di DNA nella provetta. Quindi, mentre inizi con una piccola quantità, alla fine ti ritroverai con molte volte quella quantità iniziale. Se non c'è abbastanza magnesio, parte della DNA polimerasi non verrà attivata e non funzionerà. Tuttavia, il calore avrà fatto a pezzi il DNA che è già presente e non sarà più riunito. Pertanto, l'intero esperimento può essere rovinato se non è presente abbastanza magnesio.