När en brottsplatsforskare 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-replikationsprocess utvecklade forskare en process som kallas PCR som kan fungera som en Xerox-maskin och kopiera efter kopiering av ett DNA-prov. Det finns många komponenter i en PCR-reaktion, och magnesiumklorid är en av de viktigaste.
TL; DR (för länge, läste inte)
Magnesium verkar som en katalysator i PCR-reaktion - enzymet som krävs för att replikera DNA-proteinet behöver magnesium att fungera, och PCR-reaktionen fungerar inte utan magnesium i blandningen.
Mimicking the body
Polymeraskedjereaktionen PCR) utvecklades för att efterlikna naturens egna sätt att replikera DNA. DNA är en repeterande sekvens av nukleotider, och varje nukleotid innehåller tre delar. Ryggraden av DNA är en repeterande socker- och fosfatenhet, och varje socker har en kvävebaserad fäst vid den. Det finns fyra kvävebaser; guanin, cytosin, adenin och tymin. DNA består av två sockerfosfatsträngar som löper parallellt med varandra med två kvävebaser som sammanfogar sig mellan var och en av två sockerarter. När DNA replikerar i kroppen bryts ett enzym som kallas helikas ihop bindningarna mellan kvävebaserna. Ett andra enzym, DNA-polymeras, fäster nya nukleotider i stället för de gamla. Slutligen sammanfogar ett tredje enzym som heter DNA-ligas de nya molekylerna ihop.
PCR-reaktionskomponenter
Några förändringar måste göras för att replikera DNA i en laboratoriereaktion. I stället för helikas använder en PCR-reaktion helt enkelt värme för att bryta bindningarna mellan kvävebaserna. Mänskligt DNA-polymeras är inte tillräckligt stabilt för att motstå dessa temperaturer. En liknande molekyl som kallas Taq-polymeras, eller termostabiliserande polymeras, används i stället för att det kan klara värmekraven för PCR. Dessutom kräver en PCR-reaktion fria nukleotider, en buffert och magnesium.
Magnesiumkloridens roll
Magnesiumklorid är det föredragna sättet att tillsätta magnesium till ett PCR-experiment. Termostabilt polymeras kräver närvaron av magnesium för att fungera som en koaktor under reaktionsprocessen. Dess roll liknar den hos en katalysator: magnesiumet är faktiskt inte förbrukat i reaktionen, men reaktionen kan inte fortsätta utan närvaron av magnesium.
Effekter av riklig magnesium
Ju mer magnesium som sättes till en PCR-reaktion, desto snabbare kommer reaktionen att fortsätta. Det är dock inte nödvändigtvis en bra sak. Om alltför mycket magnesium är närvarande, fungerar DNA-polymeraset för snabbt och gör ofta fel i kopieringsprocessen. Detta kommer att leda till att många olika DNA-strängar produceras som inte nödvändigtvis representerar det ursprungliga provet som gavs.
Effekter av knapp magnesium
Om magnesium är i begränsad mängd i en reaktion, kommer inte att gå så fort som det borde alls. Du kan försöka köra en 40-krets PCR men inte få mängden kopior du tänkte. Varje cykel av PCR fördubblar mängden DNA i provröret exponentiellt. Så medan du börjar med en liten mängd, slutar du med många gånger det ursprungliga beloppet i slutet. Om det inte finns tillräckligt med magnesium, kommer några av DNA-polymeras inte att aktiveras och det kommer inte att fungera. Emellertid kommer värmen att ha söndrat det DNA som redan är närvarande och det kommer inte att återkopplas. Därför kan hela experimentet förstöras om det inte finns tillräckligt med magnesium närvarande.
