Wanneer een onderzoeker van een plaats delict of een arts een DNA-monster verkrijgt, is er vaak onvoldoende DNA beschikbaar om het goed te analyseren. Om het eigen DNA-replicatieproces van het lichaam te simuleren, ontwikkelden wetenschappers een proces dat PCR wordt genoemd en dat zich als een Xerox-machine gedraagt ​​en kopie maakt na kopie van een DNA-monster. Er zijn veel componenten van een PCR-reactie en magnesiumchloride is een van de meest vitale.

TL; DR (te lang; heeft niet gelezen)

Magnesium werkt als een katalysator in de PCR-reactie - het enzym dat nodig is om het DNA te repliceren heeft magnesium nodig om te functioneren, en de PCR-reactie zal niet werken zonder magnesium in de mix.

Het lichaam nabootsen

De polymerasekettingreactie ( PCR) werd ontwikkeld om de natuurlijke manier van replicatie van DNA na te bootsen. DNA is een herhalende sequentie van nucleotiden en elk nucleotide bestaat uit drie delen. De ruggengraat van DNA is een zich herhalende suiker- en fosfaateenheid en aan elke suiker is een stikstofhoudende base gehecht. Er zijn vier stikstofhoudende basen; guanine, cytosine, adenine en thymine. DNA bestaat uit twee parallel lopende suikerstofaatstrengen met twee stikstofhoudende basen die zich tussen elke twee suikers verbinden. Wanneer het DNA zich in het lichaam repliceert, breekt een enzym dat helicase heet de bindingen tussen de stikstofbasen uiteen. Een tweede enzym, DNA-polymerase, hecht nieuwe nucleotiden in plaats van de oude. Eindelijk voegt een derde enzym, DNA-ligase genaamd, de nieuwe moleculen weer bij elkaar.

PCR-reactiecomponenten

Er moeten een paar wijzigingen worden aangebracht om DNA te repliceren in een laboratoriumreactie. In plaats van helicase, gebruikt een PCR-reactie gewoonweg warmte om de bindingen tussen de stikstofhoudende basen te verbreken. DNA-polymerase van mensen is niet stabiel genoeg om deze temperaturen te weerstaan. Een vergelijkbaar molecuul genaamd Taq-polymerase, of thermostabiel polymerase, wordt in plaats daarvan gebruikt, omdat het bestand is tegen de warmtevereisten van PCR. Bovendien vereist een PCR-reactie vrije nucleotiden, een buffer en magnesium.

De rol van magnesiumchloride

Magnesiumchloride is de voorkeursmethode voor het toevoegen van magnesium aan een PCR-experiment. Thermostabiele polymerase vereist de aanwezigheid van magnesium om te werken als een co-factor gedurende het reactieproces. Zijn rol is vergelijkbaar met die van een katalysator: het magnesium wordt niet echt verbruikt in de reactie, maar de reactie kan niet verlopen zonder de aanwezigheid van magnesium.

Effecten van Overvloedig Magnesium

Hoe meer magnesium dat aan een PCR-reactie wordt toegevoegd, zal de reactie sneller verlopen. Dat is echter niet noodzakelijk een goede zaak. Als er te veel magnesium aanwezig is, zal het DNA-polymerase te snel werken en vaak fouten maken in het kopieerproces. Dit zal ertoe leiden dat veel verschillende DNA-strengen worden geproduceerd die niet noodzakelijkerwijs het originele monster vertegenwoordigen dat werd verstrekt.

Effecten van schaars magnesium

Als magnesium in beperkte mate in een reactie aanwezig is, zal niet zo snel gaan als zou moeten. U kunt proberen een PCR-cyclus van 40 cycli uit te voeren, maar u krijgt niet het aantal exemplaren dat u hebt bedoeld. Elke PCR-cyclus verdubbelt de hoeveelheid DNA in de reageerbuis exponentieel. Dus terwijl je begint met een klein bedrag, krijg je uiteindelijk vaak dat eerste bedrag. Als er niet genoeg magnesium is, zal een deel van het DNA-polymerase niet worden geactiveerd en zal het niet werken. De warmte heeft echter het DNA dat al aanwezig is uit elkaar gehaald en het zal niet opnieuw worden samengevoegd. Daarom kan het hele experiment worden geruïneerd als er niet genoeg magnesium aanwezig is.