Inhalt
- Den Körper imitieren
- Komponenten der PCR-Reaktion
- Die Rolle von Magnesiumchlorid
- Auswirkungen von reichlich Magnesium
- Auswirkungen von knappem Magnesium
Wenn ein Ermittler oder Arzt am Tatort eine DNA-Probe erhält, ist häufig nicht genügend Material für eine ordnungsgemäße Analyse vorhanden. Um die Bedingungen des DNA-Replikationsprozesses im Körper zu simulieren, entwickelten die Wissenschaftler einen Prozess namens PCR, der wie eine Xerox-Maschine funktioniert und Kopien einer DNA-Probe erstellt. Es gibt viele Komponenten in einer PCR-Reaktion, und Magnesiumchlorid ist eine der wichtigsten.
Den Körper imitieren
Die Polymerasekettenreaktion (PCR) wurde entwickelt, um die natürliche Art der DNA-Replikation nachzuahmen. Dies ist eine Sequenz von Nukleotiden, und jedes Nukleotid besteht aus drei Teilen. Das Gerüst des DNA-Moleküls ist eine wiederholte Einheit aus Zucker und Phosphat, und jeder Zucker ist an eine stickstoffhaltige Base gebunden. Es gibt vier Basen: Guanin, Cytosin, Adenin und Thymin. DNA wird durch zwei Phosphatzuckerstränge parallel zu zwei stickstoffhaltigen Basen gebildet, die zwischen zwei Zuckern binden. Wenn sich DNA im Körper repliziert, bricht ein Enzym namens Helikase die Bindungen zwischen stickstoffhaltigen Basen. Ein zweites Enzym, die DNA-Polymerase, bindet neue Nukleotide anstelle der alten. Schließlich verbindet ein drittes Enzym, Ligase genannt, die neuen Moleküle.
Komponenten der PCR-Reaktion
Es müssen nur wenige Änderungen vorgenommen werden, um DNA in einer Laborreaktion zu replizieren. Anstelle von Helikase verwendet eine PCR-Reaktion einfach Wärme, um die Bindungen zwischen den stickstoffhaltigen Basen aufzubrechen. Die humane DNA-Polymerase ist nicht stabil genug, um dieser Temperatur standzuhalten. Ein ähnliches Molekül namens Taq-Polymerase oder thermostabile Polymerase wird anstelle von Menschen verwendet, da es die bei der PCR verwendete Temperatur überschreiten kann. 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, bei dem Magnesium bei der Reaktion nicht genau verbraucht wird, aber ohne ihn nicht fortgesetzt werden kann.
Auswirkungen von reichlich Magnesium
Je mehr Magnesium der PCR-Reaktion zugesetzt wird, desto schneller verläuft sie. Es ist jedoch nicht unbedingt eine gute Sache. Wenn zu viel Magnesium vorhanden ist, arbeitet die DNA-Polymerase sehr schnell und macht häufig viele Fehler beim Kopiervorgang. Dies führt zur Produktion vieler verschiedener DNA-Stränge, die nicht unbedingt die ursprüngliche Probe darstellen, die gegeben wurde.
Auswirkungen von knappem Magnesium
Wenn Magnesium in der Reaktion auf einem begrenzten Niveau ist, geschieht es nicht so schnell wie es sollte, wenn es funktioniert. Sie können versuchen, 40 PCR-Zyklen durchzuführen, erhalten jedoch nicht die gewünschte Anzahl von Kopien. Jeder PCR-Zyklus verdoppelt die DNA-Menge im Reagenzglas exponentiell. Obwohl Sie mit einer kleinen Stichprobe beginnen, erhalten Sie eine viel größere Stichprobe. Wenn nicht genügend Magnesium vorhanden ist, wird ein Teil der DNA-Polymerase nicht aktiviert und funktioniert nicht. Die Hitze hat jedoch die in der Probe befindliche DNA abgetrennt und wird nicht zurückgewonnen. Daher kann das gesamte Experiment ruiniert werden, wenn nicht genügend Magnesium vorhanden ist.