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犯罪現場の捜査官または医師がDNAサンプルを入手する場合、適切な分析を行うための十分な資料がないことがよくあります。体内のDNA複製プロセスの状態をシミュレートするために、科学者たちはゼロックスマシンのように機能し、DNAサンプルのコピーを作成するPCRと呼ばれるプロセスを開発しました。 PCR反応には多くの成分があり、塩化マグネシウムは最も重要なものの1つです。
体をまねる
ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）は、DNAを複製する自然な方法を模倣するために開発されました。これはヌクレオチドのシーケンスであり、各ヌクレオチドには3つの部分があります。 DNA分子の骨格は糖とリン酸の繰り返し単位であり、各糖は窒素塩基に結合しています。グアニン、シトシン、アデニン、チミンの4つの塩基があります。 DNAは、2つの糖の間に結合した2つの窒素塩基と平行する2つのリン酸糖鎖によって形成されます。 DNAが体内で複製されると、ヘリカーゼと呼ばれる酵素が窒素含有塩基間の結合を切断します。 2番目の酵素であるDNAポリメラーゼは、古いヌクレオチドの代わりに新しいヌクレオチドを結合します。最後に、リガーゼと呼ばれる3番目の酵素が新しい分子に加わります。
PCR反応のコンポーネント
実験室での反応でDNAを複製するために必要な変更はほとんどありません。ヘリカーゼの代わりに、PCR反応は単に窒素塩基間の結合を破壊するために熱を使用します。ヒトDNAポリメラーゼはその温度に耐えるほど安定していません。 PCRで使用される温度を超える可能性があるため、Taqポリメラーゼまたは熱安定性ポリメラーゼと呼ばれる同様の分子が人間の代わりに使用されます。さらに、PCR反応には遊離ヌクレオチド、バッファー、マグネシウムが必要です。
塩化マグネシウムの役割
塩化マグネシウムは、マグネシウムをPCR実験に加えるための好ましい方法です。熱安定性ポリメラーゼは、反応プロセス中に補因子として作用するためにマグネシウムの存在を必要とします。その役割は、マグネシウムが反応で正確に消費されないという触媒の役割に似ていますが、それなしでは続行できません。
豊富なマグネシウムの効果
より多くのマグネシウムがPCR反応に追加されれば、それはより速く進行します。しかし、それは必ずしも良いことではありません。マグネシウムが多すぎると、DNAポリメラーゼは非常に速く機能し、コピープロセスで多くの間違いを犯します。これは、与えられた元のサンプルを必ずしも表すわけではない多くの異なるDNA鎖の生成につながります。
マグネシウム不足の影響
マグネシウムが反応の限られたレベルにある場合、それが機能する場合、それは必要なほど速くは起こりません。 40のPCRサイクルを試すことはできますが、目的のコピー数が得られません。各PCRサイクルは、試験管内のDNA量を指数関数的に2倍にします。したがって、小さなサンプルから始めても、はるかに大きなサンプルになります。マグネシウムが足りないと、DNAポリメラーゼの一部が活性化せず機能しなくなります。ただし、熱によってサンプル内のDNAが分離され、回収されません。したがって、マグネシウムが不足すると、実験全体が台無しになる可能性があります。