Kiedy śledczy lub lekarz uzyskają próbkę DNA, często nie ma wystarczającej ilości dostępnego DNA, aby prawidłowo ją przeanalizować. Aby zasymulować proces replikacji własnego DNA organizmu, naukowcy opracowali proces zwany PCR, który może działać jak kserokopiarka i wykonywać kopię po kopii próbki DNA. Istnieje wiele elementów reakcji PCR, a jednym z najważniejszych jest chlorek magnezu.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Magnez działa jak katalizator w reakcji PCR – enzym wymagany do replikacji DNA potrzebuje magnezu do funkcjonowania, a reakcja PCR nie będzie działać bez magnezu w mieszance.
Naśladowanie ciała
Reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR) została opracowana w celu naśladowania naturalnego sposobu replikacji DNA. DNA to powtarzająca się sekwencja nukleotydów, a każdy nukleotyd składa się z trzech części. Szkielet DNA to powtarzająca się jednostka cukru i fosforanu, a każdy cukier ma przyłączoną do niego zasadę azotową. Istnieją cztery zasady azotowe; guanina, cytozyna, adenina i tymina. DNA składa się z dwóch nici fosforanów cukru biegnących równolegle do siebie z dwiema zasadami azotowymi łączącymi się pomiędzy dwoma cukrami. Kiedy DNA replikuje się w organizmie, enzym zwany helikazą rozrywa wiązania między zasadami azotowymi. Drugi enzym, polimeraza DNA, przyłącza nowe nukleotydy w miejsce starych. Wreszcie trzeci enzym zwany ligazą DNA ponownie łączy nowe cząsteczki.
Składniki reakcji PCR
Należy wprowadzić kilka zmian, aby replikować DNA w reakcji laboratoryjnej. Zamiast helikazy, reakcja PCR wykorzystuje po prostu ciepło do zerwania wiązań między zasadami azotowymi. Ludzka polimeraza DNA nie jest wystarczająco stabilna, aby wytrzymać te temperatury. Zamiast niej stosuje się podobną cząsteczkę zwaną polimerazą Taq lub termostabilną polimerazą, ponieważ może ona wytrzymać wymagania cieplne reakcji PCR. Dodatkowo reakcja PCR wymaga wolnych nukleotydów, buforu i magnezu.
Rola chlorku magnezu
Chlorek magnezu jest preferowaną metodą dodawania magnezu do eksperymentu PCR. Termostabilna polimeraza wymaga obecności magnezu, aby działał jako kofaktor podczas procesu reakcji. Jego rola jest podobna do roli katalizatora: magnez nie jest faktycznie zużywany w reakcji, ale reakcja nie może przebiegać bez obecności magnezu.
Efekty Obfitego Magnezu
Im więcej magnezu dodaje się do reakcji PCR, tym szybciej przebiega reakcja. Jednak niekoniecznie jest to dobra rzecz. Jeśli obecne jest zbyt dużo magnezu, polimeraza DNA będzie działać zbyt szybko i często popełnia błędy w procesie kopiowania. Doprowadzi to do wyprodukowania wielu różnych nici DNA, które niekoniecznie reprezentują oryginalną próbkę, która została dostarczona.
Skutki niedoboru magnezu
Jeśli magnez jest w ograniczonej podaży w reakcji, nie popłynie tak szybko, jak powinien, jeśli w ogóle. Możesz spróbować uruchomić 40-cyklowy PCR, ale nie uzyskać zamierzonej liczby kopii. Każdy cykl PCR podwaja ilość DNA w probówce wykładniczo. Tak więc, gdy zaczynasz z niewielką kwotą, na końcu kończysz z wielokrotnie większą kwotą początkową. Jeśli nie ma wystarczającej ilości magnezu, część polimerazy DNA nie zostanie aktywowana i nie będzie działać. Jednak ciepło rozbierze DNA, które jest już obecne i nie zostanie ponownie połączone. Dlatego cały eksperyment może zostać zrujnowany, jeśli nie będzie wystarczającej ilości magnezu.