Når en åstedsetterforsker eller en lege får en DNA-prøve, er det ofte ikke nok DNA tilgjengelig for å analysere det riktig. For å simulere kroppens egen DNA-replikasjonsprosess, utviklet forskere en prosess kalt PCR som kan fungere som en Xerox-maskin og lage kopi etter kopi av en DNA-prøve. Det er mange komponenter i en PCR-reaksjon, og magnesiumklorid er en av de viktigste.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Magnesium fungerer som en katalysator i PCR-reaksjonen - enzymet som kreves for å replikere DNA trenger magnesium for å fungere, og PCR-reaksjonen fungerer ikke uten magnesium i blandingen.
Etterligne kroppen
Polymerasekjedereaksjonen (PCR) ble utviklet for å etterligne naturens egen måte å replikere DNA på. DNA er en gjentatt sekvens av nukleotider, og hvert nukleotid inneholder tre deler. DNA-ryggraden er en repeterende sukker- og fosfatenhet, og hvert sukker har en nitrogenholdig base festet til seg. Det er fire nitrogenholdige baser; guanin, cytosin, adenin og tymin. DNA består av to sukkerfosfatstrenger som løper parallelt med hverandre med to nitrogenholdige baser som forbinder hver annen sukker. Når DNA replikerer i kroppen, bryter et enzym kalt helicase fra hverandre båndene mellom de nitrogenholdige basene. Et andre enzym, DNA-polymerase, fester nye nukleotider i stedet for de gamle. Til slutt kobler et tredje enzym kalt DNA-ligase sammen de nye molekylene.
PCR-reaksjonskomponenter
Noen få endringer må gjøres for å replikere DNA i en labreaksjon. I stedet for helicase bruker en PCR-reaksjon ganske enkelt varme for å bryte båndene mellom de nitrogenholdige basene. Human DNA-polymerase er ikke stabil nok til å tåle disse temperaturene. Et lignende molekyl kalt Taq polymerase, eller termostabil polymerase, brukes i stedet for, fordi det tåler varmekravene til PCR. I tillegg krever en PCR-reaksjon gratis nukleotider, en buffer og magnesium.
Rollen til magnesiumklorid
Magnesiumklorid er den foretrukne metoden for å tilsette magnesium til et PCR-eksperiment. Termostabil polymerase krever nærvær av magnesium for å fungere som en kofaktor under reaksjonsprosessen. Dens rolle er lik rollen som en katalysator: Magnesium forbrukes faktisk ikke i reaksjonen, men reaksjonen kan ikke fortsette uten nærvær av magnesium.
Effekter av overflod av magnesium
Jo mer magnesium som tilsettes en PCR-reaksjon, jo raskere vil reaksjonen fortsette. Det er imidlertid ikke nødvendigvis en god ting. Hvis det er for mye magnesium, vil DNA-polymerasen virke raskt og ofte gjøre feil i kopieringsprosessen. Dette vil føre til at det produseres mange forskjellige DNA-tråder som ikke nødvendigvis representerer den opprinnelige prøven som ble levert.
Effekter av knappe magnesium
Hvis magnesium er i begrenset forsyning i en reaksjon, vil det ikke gå så raskt som det burde, i det hele tatt. Du kan prøve å kjøre en 40-syklus PCR, men ikke få den kopien du har tenkt. Hver PCR-syklus dobler mengden DNA i prøverøret eksponentielt. Så mens du begynner med en liten mengde, ender du opp med mange ganger det opprinnelige beløpet til slutt. Hvis det ikke er nok magnesium, vil ikke noe av DNA-polymerasen aktiveres, og det vil ikke fungere. Imidlertid vil varmen ha tatt fra hverandre DNA som allerede er tilstede, og det vil ikke bli gjenforent. Derfor kan hele eksperimentet bli ødelagt hvis det ikke er nok magnesium til stede.