När en brottsplatsutredare eller en läkare får ett DNA-prov finns det ofta inte tillräckligt med DNA för att analysera det korrekt. För att simulera kroppens egen DNA-replikeringsprocess utvecklade forskare en process som kallas PCR som kan fungera som en Xerox-maskin och göra kopia efter kopia av ett DNA-prov. Det finns många komponenter i en PCR-reaktion, och magnesiumklorid är en av de viktigaste.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Magnesium fungerar som en katalysator i PCR-reaktionen - det enzym som krävs för att replikera DNA behöver magnesium för att fungera, och PCR-reaktionen fungerar inte utan magnesium i blandningen.
Efterliknar kroppen
Polymeraskedjereaktionen (PCR) utvecklades för att efterlikna naturens eget sätt att replikera DNA. DNA är en upprepande sekvens av nukleotider, och varje nukleotid innehåller tre delar. DNA-ryggraden är en upprepande socker- och fosfatenhet, och varje socker har en kvävebas bunden till sig. Det finns fyra kvävehaltiga baser; guanin, cytosin, adenin och tymin. DNA består av två sockerfosfatsträngar som löper parallellt med varandra med två kvävebaser som sammanfogar varannan socker. När DNA replikerar i kroppen bryter ett enzym som kallas helikas isär bindningarna mellan kvävebaserna. Ett andra enzym, DNA-polymeras, fäster nya nukleotider i stället för de gamla. Slutligen sammanfogar ett tredje enzym som kallas DNA-ligas de nya molekylerna.
PCR-reaktionskomponenter
Några ändringar måste göras för att replikera DNA i en labreaktion. I stället för helikas använder en PCR-reaktion helt enkelt värme för att bryta bindningarna mellan kvävebaserna. Humant DNA-polymeras är inte tillräckligt stabilt för att motstå dessa temperaturer. En liknande molekyl som kallas Taq-polymeras, eller termostabilt polymeras, används i stället för att den tål värmekraven för PCR. Dessutom kräver en PCR-reaktion fria nukleotider, en buffert och magnesium.
Rollen av magnesiumklorid
Magnesiumklorid är den föredragna metoden att tillsätta magnesium till ett PCR-experiment. Termostabilt polymeras kräver närvaro av magnesium för att fungera som en kofaktor under reaktionsprocessen. Dess roll liknar en katalysators roll: magnesium förbrukas faktiskt inte i reaktionen, men reaktionen kan inte fortsätta utan närvaron av magnesium.
Effekter av överflödigt magnesium
Ju mer magnesium som tillsätts till en PCR-reaktion, desto snabbare fortsätter reaktionen. Men det är inte nödvändigtvis en bra sak. Om det finns för mycket magnesium kommer DNA-polymeras att fungera för snabbt och ofta göra fel i kopieringsprocessen. Detta kommer att leda till att många olika DNA-strängar produceras som inte nödvändigtvis representerar det ursprungliga provet som tillhandahölls.
Effekter av knappt magnesium
Om magnesium är begränsat i en reaktion kommer det inte att gå så snabbt som det borde om alls. Du kan försöka köra en 40-cykel PCR men inte få den mängd kopior du tänkt dig. Varje PCR-cykel fördubblar mängden DNA i provröret exponentiellt. Så medan du börjar med en liten mängd, slutar du med många gånger det ursprungliga beloppet i slutändan. Om det inte finns tillräckligt med magnesium aktiveras en del av DNA-polymeraset inte och det fungerar inte. Men värmen har tagit isär det DNA som redan finns och det kommer inte att återförenas. Därför kan hela experimentet förstöras om det inte finns tillräckligt med magnesium.