Hvorfor bruges magnesiumklorid i PCR?

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

TL; DR (for lang; læste ikke)

Magnesium fungerer som en katalysator i PCR-reaktion - det enzym, der kræves for at replikere DNA'et, har brug for magnesium for at fungere, og PCR-reaktionen fungerer ikke uden magnesium i blandingen. 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 fosfatenhed, og hvert sukker har en nitrogenholdig base fastgjort til det. Der er fire nitrogenholdige baser; guanin, cytosin, adenin og thymin. DNA består af to sukkerfosfatstrenge, der løber parallelt med hinanden med to nitrogenholdige baser, der samles mellem hver to sukkerarter. Når DNA replikeres i kroppen, bryder et enzym kaldet helikase båndene mellem de nitrogenholdige baser. Et andet enzym, DNA-polymerase, binder nye nukleotider i stedet for de gamle. Endelig slutter et tredje enzym, kaldet DNA-ligase, de nye molekyler sammen. PCR-reaktionskomponenter

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

Magnesiumchlorid er den foretrukne metode til at tilsætte magnesium til et PCR-eksperiment. Termostabil polymerase kræver tilstedeværelse af magnesium for at fungere som en cofaktor under reaktionsprocessen. Dens rolle ligner en katalysator: magnesium forbruges faktisk ikke i reaktionen, men reaktionen kan ikke fortsætte uden tilstedeværelsen af magnesium.
Effekter af rigeligt magnesium

Jo mere magnesium der er føjet til en PCR-reaktion, jo hurtigere vil reaktionen fortsætte. Det er dog ikke nødvendigvis en god ting. Hvis der er for meget magnesium, fungerer DNA-polymerasen for hurtigt og ofte begår fejl i kopieringsprocessen. Dette vil føre til, at der produceres mange forskellige DNA-strenge, som ikke nødvendigvis repræsenterer den oprindelige prøve, der blev leveret.
Effects of Scarce Magnesium

Hvis magnesium er i begrænset omfang i en reaktion, vil det ikke gå så hurtigt som det skulle hvis overhovedet. Du kan forsøge at køre en PCR med 40 cykler, men ikke få den mængde kopier, du havde til hensigt. Hver PCR-cyklus fordobler mængden af DNA i prøverøret eksponentielt. Så mens du starter med et lille beløb, ender du op med mange gange det indledende beløb til sidst. Hvis der ikke er nok magnesium, aktiveres noget af DNA-polymerasen ikke, og det fungerer ikke. Imidlertid vil varmen have adskilt det DNA, der allerede er til stede, og det vil ikke blive genoptaget. Derfor kan hele eksperimentet ødelægges, hvis der ikke er nok magnesium til stede.