Περιεχόμενο
- Μίμηση του σώματος
- Συστατικά της αντίδρασης PCR
- Ο ρόλος του χλωριούχου μαγνησίου
- Επιδράσεις άφθονου μαγνησίου
- Επιδράσεις του λιγοστού μαγνησίου
Όταν ένας ερευνητής ή γιατρός μιας σκηνής εγκλήματος λαμβάνει δείγμα DNA, συχνά δεν υπάρχει αρκετό υλικό για σωστή ανάλυση. Για να προσομοιώσουν τις συνθήκες της διαδικασίας αναπαραγωγής DNA στο σώμα, οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια διαδικασία που ονομάζεται PCR που λειτουργεί σαν μηχανή xerox και δημιουργεί αντίγραφα ενός δείγματος DNA. Υπάρχουν πολλά συστατικά σε μια αντίδραση PCR και το χλωριούχο μαγνήσιο είναι ένα από τα πιο ζωτικά.
Μίμηση του σώματος
Η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR) αναπτύχθηκε για να μιμηθεί τον φυσικό τρόπο αναπαραγωγής του DNA. Αυτή είναι μια ακολουθία νουκλεοτιδίων και κάθε νουκλεοτίδιο έχει τρία μέρη. Ο σκελετός του μορίου DNA είναι μια επαναλαμβανόμενη μονάδα σακχάρου και φωσφορικού, και κάθε σάκχαρο συνδέεται με μια αζωτούχα βάση. Υπάρχουν τέσσερις βάσεις: γουανίνη, κυτοσίνη, αδενίνη και θυμίνη. Το DNA σχηματίζεται από δύο κλώνους φωσφορικού σακχάρου παράλληλα με δύο αζωτούχες βάσεις που συνδέονται μεταξύ δύο σακχάρων. Όταν το DNA αναπαράγεται στο σώμα, ένα ένζυμο που ονομάζεται ελικάση σπάει τους δεσμούς μεταξύ αζωτούχων βάσεων. Ένα δεύτερο ένζυμο, η πολυμεράση DNA, δεσμεύει νέα νουκλεοτίδια στη θέση των παλαιών. Τέλος, ένα τρίτο ένζυμο, που ονομάζεται λιγάση, ενώνει τα νέα μόρια.
Συστατικά της αντίδρασης PCR
Λίγες αλλαγές πρέπει να γίνουν για την αναπαραγωγή του DNA σε εργαστηριακή αντίδραση. Στη θέση της ελικάσης, μια αντίδραση PCR χρησιμοποιεί απλώς θερμότητα για να σπάσει τους δεσμούς μεταξύ των αζωτούχων βάσεων. Η ανθρώπινη DNA πολυμεράση δεν είναι αρκετά σταθερή για να αντέξει αυτήν τη θερμοκρασία. Ένα παρόμοιο μόριο που ονομάζεται Taq πολυμεράση, ή θερμοσταθερή πολυμεράση, χρησιμοποιείται στη θέση των ανθρώπων, καθώς μπορεί να υπερβεί τη θερμοκρασία που χρησιμοποιείται στην PCR. Επιπλέον, μια αντίδραση PCR απαιτεί ελεύθερα νουκλεοτίδια, ρυθμιστικό διάλυμα και μαγνήσιο.
Ο ρόλος του χλωριούχου μαγνησίου
Το χλωριούχο μαγνήσιο είναι η προτιμώμενη μέθοδος προσθήκης μαγνησίου σε ένα πείραμα PCR. Η θερμοσταθερή πολυμεράση απαιτεί την παρουσία μαγνησίου να δρα ως συμπαράγοντας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αντίδρασης. Ο ρόλος του είναι παρόμοιος με αυτόν ενός καταλύτη, στον οποίο το μαγνήσιο δεν καταναλώνεται ακριβώς στην αντίδραση, αλλά δεν μπορεί να συνεχιστεί χωρίς αυτό.
Επιδράσεις άφθονου μαγνησίου
Όσο περισσότερο μαγνήσιο προστίθεται στην αντίδραση PCR, τόσο πιο γρήγορα προχωρά. Ωστόσο, δεν είναι απαραίτητα καλό. Εάν υπάρχει πάρα πολύ μαγνήσιο, η πολυμεράση DNA θα λειτουργήσει πολύ γρήγορα και συχνά θα κάνει πολλά λάθη στη διαδικασία αντιγραφής. Αυτό θα οδηγήσει στην παραγωγή πολλών διαφορετικών κλώνων DNA που δεν αντιπροσωπεύουν απαραίτητα το αρχικό δείγμα που δόθηκε.
Επιδράσεις του λιγοστού μαγνησίου
Εάν το μαγνήσιο βρίσκεται σε περιορισμένο επίπεδο στην αντίδραση, δεν θα συμβεί τόσο γρήγορα όσο θα έπρεπε, εάν λειτουργεί. Μπορείτε να προσπαθήσετε να κάνετε 40 κύκλους PCR, αλλά να μην λάβετε τον επιθυμητό αριθμό αντιγράφων. Κάθε κύκλος PCR διπλασιάζει την ποσότητα του DNA στον δοκιμαστικό σωλήνα εκθετικά. Έτσι, παρόλο που ξεκινάτε με ένα μικρό δείγμα, καταλήγετε σε ένα πολύ μεγαλύτερο δείγμα. Εάν δεν υπάρχει αρκετό μαγνήσιο, ένα μέρος της DNA πολυμεράσης δεν θα ενεργοποιηθεί και δεν θα λειτουργήσει. Ωστόσο, η θερμότητα θα έχει διαχωρίσει το DNA που υπάρχει στο δείγμα και δεν θα ανακτηθεί. Επομένως, το πείραμα στο σύνολό του μπορεί να καταστραφεί εάν δεν υπάρχει αρκετό μαγνήσιο.