犯罪現場の捜査官や医師がDNAサンプルを入手する場合、それを適切に分析するのに十分なDNAがないことがよくあります。 科学者たちは、体自身のDNA複製プロセスをシミュレートするために、Xeroxマシンのように機能し、DNAサンプルのコピーを次々と作成できるPCRと呼ばれるプロセスを開発しました。 PCR反応には多くの要素があり、塩化マグネシウムは最も重要なものの1つです。
TL; DR（長すぎる; 読んでいない）
マグネシウムはPCR反応の触媒のように機能します。DNAを複製するために必要な酵素は機能するためにマグネシウムを必要とし、PCR反応はマグネシウムが混合されていないと機能しません。
体を模倣する
ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）は、自然のDNA複製方法を模倣するために開発されました。 DNAはヌクレオチドの繰り返し配列であり、各ヌクレオチドには3つの部分が含まれています。 DNAのバックボーンは糖とリン酸の繰り返し単位であり、各糖には窒素塩基が結合しています。 4つの核酸塩基があります。 グアニン、シトシン、アデニン、チミン。 DNAは、互いに平行に走る2つの糖リン酸鎖で構成され、2つの糖の間に2つの窒素塩基が結合しています。 DNAが体内で複製されると、ヘリカーゼと呼ばれる酵素が核酸塩基間の結合を分解します。 2番目の酵素であるDNAポリメラーゼは、古いヌクレオチドの代わりに新しいヌクレオチドを付加します。 最後に、DNAリガーゼと呼ばれる3番目の酵素が新しい分子を結合します。
PCR反応成分
実験室での反応でDNAを複製するには、いくつかの変更を加える必要があります。 ヘリカーゼの代わりに、PCR反応は単に熱を使用して核酸塩基間の結合を切断します。 ヒトDNAポリメラーゼは、これらの温度に耐えるのに十分なほど安定していません。 代わりに、Taqポリメラーゼ、または耐熱性ポリメラーゼと呼ばれる同様の分子が使用されます。これは、PCRの熱要件に耐えることができるためです。 さらに、PCR反応には、遊離ヌクレオチド、バッファー、およびマグネシウムが必要です。
塩化マグネシウムの役割
塩化マグネシウムは、PCR実験にマグネシウムを加える好ましい方法です。 耐熱性ポリメラーゼは、反応プロセス中に補因子として作用するマグネシウムの存在を必要とします。 その役割は触媒の役割と似ています。マグネシウムは実際には反応で消費されませんが、マグネシウムがないと反応を進めることはできません。
豊富なマグネシウムの効果
PCR反応に添加されるマグネシウムが多いほど、反応はより速く進行します。 しかし、それは必ずしも良いことではありません。 マグネシウムが多すぎると、DNAポリメラーゼの働きが速すぎて、コピープロセスでエラーが発生することがよくあります。 これにより、提供された元のサンプルを必ずしも表していない多くの異なるDNA鎖が生成されます。
希少マグネシウムの影響
マグネシウムが反応で供給が限られている場合、マグネシウムは必要な速度で供給されません。 40サイクルのPCRを実行しようとしても、意図したコピー数が得られない場合があります。 PCRの各サイクルは、試験管内のDNAの量を指数関数的に2倍にします。 したがって、少量から始めても、最終的には最初の量の何倍にもなります。 マグネシウムが不足していると、一部のDNAポリメラーゼが活性化されず、機能しません。 ただし、熱によってすでに存在するDNAが分解され、再結合されません。 したがって、十分なマグネシウムが存在しない場合、実験全体が台無しになる可能性があります。