Zawartość
- TL; DR (Too Long; Didnt Read)
- Naśladując ciało
- Składniki reakcji PCR
- Rola chlorku magnezu
- Efekty obfitego magnezu
- Skutki niedoboru magnezu
Kiedy śledczy z miejsca zbrodni lub lekarz otrzymują próbkę DNA, często brakuje wystarczającej ilości DNA, aby ją właściwie przeanalizować. Aby zasymulować własny proces replikacji DNA organizmu, naukowcy opracowali proces o nazwie PCR, który może działać jak maszyna Xerox i wykonywać kopię po kopii próbki DNA. Istnieje wiele składników reakcji PCR, a chlorek magnezu jest jednym z najważniejszych.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Magnez działa jak katalizator w reakcji PCR - enzym wymagany do replikacji DNA potrzebuje magnezu do działania, a reakcja PCR nie zadziała bez magnezu w mieszance.
Naśladując ciało
Reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR) została opracowana w celu naśladowania natury własnego sposobu replikacji DNA. DNA jest powtarzającą się sekwencją nukleotydów, a każdy nukleotyd zawiera trzy części. Szkielet DNA jest powtarzalną jednostką cukru i fosforanu, a każdy cukier ma przyłączoną do niego zasadę azotową. Istnieją cztery zasady azotowe; guanina, cytozyna, adenina i tymina. DNA składa się z dwóch nici fosforanu cukru biegnących równolegle do siebie z dwiema zasadami azotowymi łączącymi się co dwa cukry. Kiedy DNA replikuje się w organizmie, enzym zwany helikazą rozrywa wiązania między zasadami azotowymi. Drugi enzym, polimeraza DNA, przyłącza nowe nukleotydy w miejsce starych. Wreszcie trzeci enzym zwany ligazą DNA ponownie łączy nowe cząsteczki.
Składniki reakcji PCR
Trzeba wprowadzić kilka zmian w celu replikacji DNA w reakcji laboratoryjnej. Zamiast helikazy reakcja PCR po prostu wykorzystuje ciepło do zerwania wiązań między zasadami azotowymi. Ludzka polimeraza DNA nie jest wystarczająco stabilna, aby wytrzymać te temperatury. Zamiast tego stosuje się podobną cząsteczkę zwaną polimerazą Taq lub termostabilną polimerazą, ponieważ jest ona w stanie wytrzymać wymagania cieplne PCR. Dodatkowo reakcja PCR wymaga wolnych nukleotydów, buforu i magnezu.
Rola chlorku magnezu
Chlorek magnezu jest preferowaną metodą dodawania magnezu do eksperymentu PCR. Termostabilna polimeraza wymaga obecności magnezu, aby działał jako kofaktor podczas procesu reakcji. Jego rola jest podobna do roli katalizatora: magnez nie jest faktycznie zużywany w reakcji, ale reakcja nie może przebiegać bez obecności magnezu.
Efekty obfitego magnezu
Im więcej magnezu dodaje się do reakcji PCR, tym szybciej przebiega reakcja. Jednak niekoniecznie jest to dobra rzecz. Jeśli jest za dużo magnezu, polimeraza DNA będzie działać zbyt szybko i często popełni błędy w procesie kopiowania. Doprowadzi to do wytworzenia wielu różnych nici DNA, które niekoniecznie reprezentują dostarczoną pierwotną próbkę.
Skutki niedoboru magnezu
Jeśli magnez ma ograniczone zasoby w reakcji, nie pójdzie tak szybko, jak powinien, jeśli w ogóle. Możesz próbować przeprowadzić 40-cyklowy PCR, ale nie uzyskasz żądanej liczby kopii. Każdy cykl PCR podwaja wykładniczo ilość DNA w probówce. Tak więc, kiedy zaczynasz od małej ilości, ostatecznie kończysz z wielokrotnością początkowej kwoty. Jeśli nie ma wystarczającej ilości magnezu, część polimerazy DNA nie zostanie aktywowana i nie będzie działać. Jednak ciepło rozdzieli DNA, które jest już obecne i nie będzie ponownie połączone. Dlatego cały eksperyment można zniszczyć, jeśli nie ma wystarczającej ilości magnezu.