Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Biologi

Hvorfor bruges magnesiumchlorid i PCR?

Når en kriminalitetsforsker eller en læge får en DNA-prøve, er der ofte ikke nok DNA til rådighed til korrekt analyse af det. For at simulere kroppens egen DNA-replikationsproces udviklede forskere en proces kaldet PCR, der kan fungere som en Xerox-maskine og kopiere efter kopiering af en DNA-prøve. Der er mange komponenter i en PCR-reaktion, og magnesiumchlorid er en af ​​de mest vitale.

TL; DR (for lang tid, ikke læst)

Magnesium virker som en katalysator i PCR-reaktion - enzymet, der kræves for at replikere DNA'et, kræver, at magnesium fungerer, og PCR-reaktionen virker ikke uden magnesium i blandingen.

Efterligning af kroppen

Polymerasekædereaktionen PCR) blev udviklet for at efterligne naturens egen måde at replikere DNA på. DNA er en gentagende sekvens af nukleotider, og hvert nukleotid indeholder tre dele. Ryggraden i DNA er en gentagende sukker- og fosfat-enhed, og hvert sukker har en kvælstofbaseret bund fastgjort til den. Der er fire nitrogenholdige baser; guanin, cytosin, adenin og thymin. DNA består af to sukkerfosfatstrenger, der løber parallelt med hinanden, med to nitrogenholdige baser, der går ind imellem hvert to sukkerarter. Når DNA replikerer i kroppen, bryder et enzym, der hedder helicase, båndene mellem de nitrogenholdige baser. Et andet enzym, DNA-polymerase, tillægger nye nukleotider i stedet for de gamle. Endelig forbinder et tredje enzym, der hedder DNA-ligase, de nye molekyler sammen igen.

PCR-reaktionskomponenter

Et par ændringer skal foretages for at replikere DNA i en labreaktion. I stedet for helikase bruger en PCR-reaktion simpelthen varme til at bryde bindingerne mellem de nitrogenholdige baser. Human DNA-polymerase er ikke stabil nok til at modstå disse temperaturer. Et lignende molekyle kaldet Taq polymerase eller termostabil polymerase anvendes i stedet for, fordi det kan modstå varmepraksis for PCR. Derudover kræver en PCR-reaktion gratis nukleotider, en buffer og magnesium.

Magnesiumchloridens rolle

Magnesiumchlorid er den foretrukne metode til tilsætning af magnesium til et PCR-eksperiment. Termostabil polymerase kræver tilstedeværelsen af ​​magnesium til at virke som en kofaktor under reaktionsprocessen. Dens rolle svarer til den for en katalysator: Magnesium er faktisk ikke forbrugt i reaktionen, men reaktionen kan ikke fortsætte uden tilstedeværelsen af ​​magnesium.

Effekt af rigeligt magnesium

Jo mere magnesium, der tilsættes til en PCR-reaktion, jo hurtigere vil reaktionen fortsætte. Det er dog ikke nødvendigvis en god ting. Hvis der er for meget magnesium til stede, virker DNA-polymerasen for hurtigt og gør ofte fejl i kopieringsprocessen. Dette vil føre til, at der produceres mange forskellige DNA-tråde, der ikke nødvendigvis repræsenterer den oprindelige prøve, der blev leveret.

Hvis magnesium er begrænset i en reaktion, vil ikke gå så hurtigt som det burde overhovedet. Du kan forsøge at køre en 40-cykel PCR, men ikke få mængden af ​​kopier, du havde til hensigt. Hver cyklus af PCR fordobler mængden af ​​DNA i testrøret eksponentielt. Så mens du starter med en lille mængde, slutter du med mange gange det oprindelige beløb i sidste ende. Hvis der ikke er nok magnesium, vil nogle af DNA-polymerasen ikke blive aktiveret, og det virker ikke. Men varmen vil have adskilt det DNA, der allerede er til stede, og det vil ikke blive tilsluttet igen. Derfor kan hele eksperimentet ødelægges, hvis der ikke er nok magnesium til stede.

Klik for at udvide hele teksten