Wanneer een onderzoeker van de plaats delict of een arts een DNA-monster neemt, is er vaak niet genoeg DNA beschikbaar om het goed te analyseren. Om het eigen DNA-replicatieproces van het lichaam te simuleren, ontwikkelden wetenschappers een proces genaamd PCR dat kan werken als een Xerox-machine en kopie na kopie van een DNA-monster kan maken. Er zijn veel componenten van een PCR-reactie en magnesiumchloride is een van de meest vitale.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Magnesium werkt als een katalysator in de PCR-reactie - het enzym dat nodig is om het DNA te repliceren, heeft magnesium nodig om te functioneren, en de PCR-reactie werkt niet zonder magnesium in de mix.
Het lichaam nabootsen
De polymerasekettingreactie (PCR) is ontwikkeld om de eigen manier van DNA-replicatie van de natuur na te bootsen. DNA is een zich herhalende sequentie van nucleotiden en elk nucleotide bevat drie delen. De ruggengraat van DNA is een herhalende suiker- en fosfaateenheid, en aan elke suiker is een stikstofbase bevestigd. Er zijn vier stikstofbasen; guanine, cytosine, adenine en thymine. DNA bestaat uit twee suikerfosfaatstrengen die evenwijdig aan elkaar lopen met twee stikstofbasen die tussen elke twee suikers samenkomen. Wanneer DNA zich in het lichaam repliceert, verbreekt een enzym genaamd helicase de bindingen tussen de stikstofbasen. Een tweede enzym, DNA-polymerase, hecht nieuwe nucleotiden in plaats van de oude. Ten slotte voegt een derde enzym, DNA-ligase genaamd, de nieuwe moleculen weer samen.
PCR-reactiecomponenten
Er moeten een paar wijzigingen worden aangebracht om DNA in een laboratoriumreactie te repliceren. In plaats van helicase gebruikt een PCR-reactie eenvoudigweg warmte om de bindingen tussen de stikstofbasen te verbreken. Humaan DNA-polymerase is niet stabiel genoeg om deze temperaturen te weerstaan. Een soortgelijk molecuul genaamd Taq-polymerase of thermostabiele polymerase wordt in plaats daarvan gebruikt, omdat het bestand is tegen de warmte-eisen van PCR. Bovendien vereist een PCR-reactie vrije nucleotiden, een buffer en magnesium.
De rol van magnesiumchloride
Magnesiumchloride is de voorkeursmethode voor het toevoegen van magnesium aan een PCR-experiment. Thermostabiele polymerase vereist de aanwezigheid van magnesium om als cofactor te werken tijdens het reactieproces. Zijn rol is vergelijkbaar met die van een katalysator: het magnesium wordt niet echt verbruikt in de reactie, maar de reactie kan niet doorgaan zonder de aanwezigheid van het magnesium.
Effecten van overvloedig magnesium
Hoe meer magnesium er aan een PCR-reactie wordt toegevoegd, hoe sneller de reactie verloopt. Dat is echter niet noodzakelijk een goede zaak. Als er te veel magnesium aanwezig is, zal de DNA-polymerase te snel werken en vaak fouten maken in het kopieerproces. Dit zal ertoe leiden dat er veel verschillende DNA-strengen worden geproduceerd die niet noodzakelijkerwijs het oorspronkelijke monster vertegenwoordigen dat is verstrekt.
Effecten van schaars magnesium
Als magnesium in een reactie beperkt beschikbaar is, zal het niet zo snel gaan als zou moeten of helemaal niet. U kunt proberen een PCR van 40 cycli uit te voeren, maar u krijgt niet het aantal kopieën dat u voor ogen had. Elke PCR-cyclus verdubbelt de hoeveelheid DNA in de reageerbuis exponentieel. Dus terwijl u begint met een klein bedrag, eindigt u uiteindelijk met vele malen dat initiële bedrag. Als er niet genoeg magnesium is, wordt een deel van het DNA-polymerase niet geactiveerd en werkt het niet. De warmte zal echter het DNA dat al aanwezig is uit elkaar hebben gehaald en het zal niet meer worden samengevoegd. Daarom kan het hele experiment worden geruïneerd als er niet genoeg magnesium aanwezig is.
