Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- Den Körper nachahmen
- PCR-Reaktionskomponenten
- Die Rolle von Magnesiumchlorid
- Auswirkungen von reichlich Magnesium
- Auswirkungen von Magnesiummangel
Wenn ein Ermittler am Tatort oder ein Arzt eine DNA-Probe beschafft, steht häufig nicht genügend DNA zur Verfügung, um sie ordnungsgemäß zu analysieren. Um den körpereigenen DNA-Replikationsprozess zu simulieren, entwickelten die Wissenschaftler einen Prozess namens PCR, der wie ein Xerox-Gerät wirken und eine Kopie nach der anderen von einer DNA-Probe erstellen kann. Es gibt viele Komponenten einer PCR-Reaktion und Magnesiumchlorid ist eine der wichtigsten.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Magnesium wirkt wie ein Katalysator in der PCR-Reaktion - das Enzym, das zur Replikation der DNA benötigt wird, benötigt Magnesium, um zu funktionieren, und die PCR-Reaktion funktioniert nicht ohne Magnesium in der Mischung.
Den Körper nachahmen
Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) wurde entwickelt, um die Replikation von DNA auf natürliche Weise nachzuahmen. DNA ist eine sich wiederholende Sequenz von Nukleotiden, und jedes Nukleotid enthält drei Teile. Das Rückgrat der DNA ist eine sich wiederholende Zucker- und Phosphateinheit, an die jeder Zucker eine stickstoffhaltige Base gebunden hat. Es gibt vier stickstoffhaltige Basen; Guanin, Cytosin, Adenin und Thymin. DNA besteht aus zwei Zuckerphosphatsträngen, die parallel zueinander verlaufen, wobei sich zwei stickstoffhaltige Basen zu je zwei Zuckern verbinden. Wenn sich DNA im Körper repliziert, löst ein Enzym namens Helicase die Bindungen zwischen den stickstoffhaltigen Basen. Ein zweites Enzym, die DNA-Polymerase, bindet anstelle der alten Nukleotide neue Nukleotide an. Schließlich verbindet ein drittes Enzym namens DNA-Ligase die neuen Moleküle wieder miteinander.
PCR-Reaktionskomponenten
Es müssen einige Änderungen vorgenommen werden, um die DNA in einer Laborreaktion zu replizieren. Anstelle von Helikase wird bei einer PCR-Reaktion lediglich Wärme verwendet, um die Bindungen zwischen den stickstoffhaltigen Basen aufzubrechen. Menschliche DNA-Polymerase ist nicht stabil genug, um diesen Temperaturen zu widerstehen. Ein ähnliches Molekül namens Taq-Polymerase oder thermostabile Polymerase wird anstelle davon verwendet, da es den Wärmebedürfnissen der PCR standhält. Zusätzlich erfordert eine PCR-Reaktion freie Nukleotide, einen Puffer und Magnesium.
Die Rolle von Magnesiumchlorid
Magnesiumchlorid ist die bevorzugte Methode zur Zugabe von Magnesium zu einem PCR-Experiment. Thermostabile Polymerase erfordert die Anwesenheit von Magnesium, um während des Reaktionsprozesses als Cofaktor zu wirken. Seine Rolle ähnelt der eines Katalysators: Das Magnesium wird in der Reaktion nicht tatsächlich verbraucht, aber die Reaktion kann nicht ohne die Anwesenheit des Magnesiums ablaufen.
Auswirkungen von reichlich Magnesium
Je mehr Magnesium zu einer PCR-Reaktion hinzugefügt wird, desto schneller verläuft die Reaktion. Das ist jedoch nicht unbedingt eine gute Sache. Wenn zu viel Magnesium vorhanden ist, arbeitet die DNA-Polymerase zu schnell und führt häufig zu Fehlern beim Kopiervorgang. Dies führt dazu, dass viele verschiedene DNA-Stränge produziert werden, die nicht unbedingt die ursprüngliche Probe darstellen, die bereitgestellt wurde.
Auswirkungen von Magnesiummangel
Wenn Magnesium in einer Reaktion nur begrenzt verfügbar ist, geht es nicht so schnell, wie es sollte, wenn überhaupt. Möglicherweise versuchen Sie, eine 40-Zyklen-PCR durchzuführen, erhalten jedoch nicht die von Ihnen beabsichtigte Kopienanzahl. Jeder PCR-Zyklus verdoppelt die DNA-Menge im Reagenzglas exponentiell. Während Sie also mit einem kleinen Betrag anfangen, erhalten Sie am Ende ein Vielfaches des ursprünglichen Betrags. Wenn nicht genug Magnesium vorhanden ist, wird ein Teil der DNA-Polymerase nicht aktiviert und funktioniert nicht. Die Hitze hat jedoch die DNA, die bereits vorhanden ist, auseinandergenommen und sie wird nicht wieder zusammengefügt. Daher kann das gesamte Experiment ruiniert werden, wenn nicht genügend Magnesium vorhanden ist.