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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と、多くの場合、適切に分析するのに十分なDNAが利用できません。身体自身のDNA複製プロセスをシミュレートするために、科学者はPCRと呼ばれるプロセスを開発しました。このプロセスは、ゼロックスマシンのように動作し、DNAサンプルのコピーごとにコピーを作成できます。 PCR反応には多くの要素があり、塩化マグネシウムは最も重要な要素の1つです。
TL; DR（長すぎる;読まなかった）
マグネシウムはPCR反応の触媒のように作用します。DNAを複製するのに必要な酵素は機能するためにマグネシウムを必要とし、PCR反応は混合物にマグネシウムがなければ機能しません。
体をまねる
ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）は、DNAを複製する独自の方法を模倣するために開発されました。 DNAはヌクレオチドの反復配列であり、各ヌクレオチドには3つの部分が含まれています。 DNAの骨格は糖とリン酸の繰り返し単位であり、各糖には窒素含有塩基が結合しています。 4つの窒素塩基があります。グアニン、シトシン、アデニンおよびチミン。 DNAは、互いに平行に走る2つの糖リン酸鎖で構成され、2つの糖の間に2つの窒素塩基が結合しています。 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塩基間の結合を分解します。 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付加します。最後に、DNAリガーゼと呼ばれる3番目の酵素が新しい分子を結合します。
PCR反応コンポーネント
ラボ反応でDNAを複製するには、いくつかの変更を加える必要があります。ヘリカーゼの代わりに、PCR反応は単に熱を使用して窒素塩基間の結合を破壊します。ヒトDNAポリメラーゼは、これらの温度に耐えるほど安定していません。 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代わりに使用されます。これは、PCRの熱要件に耐えることができるためです。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
PCR実験にマグネシウムを追加するには、塩化マグネシウムが好ましい方法です。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マグネシウムの存在を必要とします。その役割は触媒の役割に似ています。マグネシウムは実際には反応で消費されませんが、マグネシウムの存在なしでは反応を進めることができません。
豊富なマグネシウムの影響
PCR反応に追加されるマグネシウムの量が多いほど、反応が速くなります。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ポリメラーゼの動作が速すぎて、コピープロセスでエラーが発生することがよくあります。これにより、提供された元のサンプルを必ずしも表すとは限らないさまざまなDNA鎖が生成されます。
乏しいマグネシウムの影響
反応でマグネシウムの供給が限られている場合、マグネシウムは、必要な速度で反応しません。 40サイクルのPCRを実行しようとしても、意図した量のコピーを取得できません。 PCRの各サイクルは、試験管内のDNA量を指数関数的に2倍にします。そのため、少量から始めても、最終的にその初期量の何倍にもなります。マグネシウムが十分でない場合、DNAポリメラーゼの一部が活性化されず、機能しません。ただし、熱はすでに存在するDNAを分解し、再結合されません。したがって、マグネシウムが十分に存在しない場合、実験全体が台無しになる可能性があります。