כאשר חוקר זירת פשע או רופא משיג דגימת DNA, לרוב אין מספיק דנ"א זמין לניתוח נכון. על מנת לדמות את תהליך שכפול ה- DNA של הגוף עצמו, פיתחו מדענים תהליך הנקרא PCR שיכול להתנהג כמו מכונת זירוקס וליצור העתק לאחר העתקה של דגימת DNA. ישנם מרכיבים רבים בתגובת PCR, ומגנזיום כלורי הוא אחד החיוניים ביותר.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
מגנזיום פועל כזרז בתגובת ה- PCR - האנזים הדרוש לשכפול ה- DNA זקוק למגנזיום כדי לתפקד, ותגובת ה- PCR לא תפעל ללא מגנזיום בתערובת.
מחקה את הגוף
תגובת שרשרת הפולימראז (PCR) פותחה במטרה לחקות את הדרך הטבעית לשכפל DNA. DNA הוא רצף חוזר של נוקליאוטידים, וכל נוקלאוטיד מכיל שלושה חלקים. עמוד השדרה של ה- DNA הוא יחידת סוכר ופוספט חוזרת, ולכל סוכר בסיס חנקני מחובר אליו. ישנם ארבעה בסיסים חנקניים; גואנין, ציטוזין, אדנין ותימין. ה- DNA מורכב משני גדילי סוכר פוספטים המקבילים זה לזה עם שני בסיסים חנקניים המצטרפים בין כל שני סוכרים. כאשר DNA משכפל בגוף, אנזים הנקרא הליקאז מפרק את הקשרים בין בסיסי החנקן. אנזים שני, DNA פולימראז, מצמיד נוקליאוטידים חדשים במקום הישנים. לבסוף, אנזים שלישי בשם DNA ligase מצטרף למולקולות החדשות זו לזו.
רכיבי תגובת PCR
יש לבצע כמה שינויים על מנת לשכפל DNA בתגובת מעבדה. במקום הליקאז, תגובת PCR פשוט משתמשת בחום כדי לשבור את הקשרים בין בסיסי החנקן. פולימראז ה- DNA האנושי אינו יציב דיו לעמוד בטמפרטורות אלו. מולקולה דומה הנקראת פולימראז Taq, או פולימראז תרמוסטביל, משמשת במקומה מכיוון שהיא יכולה לעמוד בדרישות החום של PCR. בנוסף, תגובת PCR דורשת נוקלאוטידים חופשיים, חיץ ומגנזיום.
תפקיד המגנזיום כלוריד
מגנזיום כלורי הוא השיטה המועדפת על הוספת מגנזיום לניסוי PCR. פולימראז שניתן לחום עליו דורש נוכחות של מגנזיום כדי לשמש כמקדם-גורם בתהליך התגובה. תפקידה דומה לתפקיד של זרז: המגנזיום אינו נצרך למעשה בתגובה, אך התגובה אינה יכולה להמשיך ללא נוכחות המגנזיום.
השפעות מגנזיום בשפע
ככל שמוסיפים יותר מגנזיום לתגובת PCR, כך התגובה תימשך מהר יותר. עם זאת, זה לא בהכרח דבר טוב. אם קיים יותר מדי מגנזיום, פולימראז ה- DNA יעבוד מהר מדי ולעתים קרובות יעשה טעויות בתהליך ההעתקה. זה יוביל לייצור גדילי DNA רבים ושונים שאינם מייצגים בהכרח את המדגם המקורי שסופק.
השפעות מגנזיום דל
אם מגנזיום מספק אספקה מוגבלת בתגובה, זה לא ילך מהר כמו שצריך אם בכלל. אתה יכול לנסות להפעיל PCR 40 מחזורים אך לא לקבל את כמות העותקים שהתכוונת אליהם. כל מחזור של PCR מכפיל את כמות ה- DNA במבחנה באופן אקספוננציאלי. אז בזמן שאתה מתחיל עם כמות קטנה, בסופו של דבר בסופו של דבר תהיה לך כמות גדולה מההתחלה. אם אין מספיק מגנזיום, חלק מהפולימראז של ה- DNA לא יופעל והוא לא יעבוד. עם זאת, החום יפרק את ה- DNA שכבר קיים והוא לא יצטרף מחדש. לכן, ניתן להרוס את הניסוי כולו אם אין מספיק מגנזיום.