المحتوى
تفاعل البلمرة المتسلسل ، أو PCR ، هو عبارة عن تقنية تقوم بتصوير جزء واحد من الحمض النووي إلى العديد من الأجزاء - كثيرًا بشكل كبير. تتمثل الخطوة الأولى في PCR في تسخين الحمض النووي بحيث ينسحب أو يذوب في خيوط مفردة. يشبه تركيب الحمض النووي سلم الحبل الذي تكون فيه الدرجات حبال ذات نهايات مغناطيسية. تتصل المغناطيسات بتكوين الدرجات ، وتسمى الأزواج القاعدية ، وبالتالي تقاوم التفكيك. كل جزء من الحمض النووي يذوب في فروع واحدة في درجات حرارة مختلفة. إن فهم كيفية تجميع بنية الحمض النووي معًا بواسطة الأجزاء الفردية للحمض النووي سوف يعطي نظرة ثاقبة لماذا تذوب شظايا الحمض النووي المختلفة في درجات حرارة مختلفة ولماذا تحتاج درجات الحرارة المرتفعة هذه في المقام الأول.
ذوبان! ذوبان!
تتمثل الخطوة الأولى من PCR في إذابة الحمض النووي بحيث ينقسم الحمض النووي المزدوج الذي تقطعت به السبل إلى الحمض النووي المفرد. بالنسبة للحمض النووي للثدييات ، تنطوي هذه الخطوة الأولى عادة على حرارة تبلغ حوالي 95 درجة مئوية (حوالي 200 فهرنهايت). عند درجة الحرارة هذه ، تتفكك الروابط الهيدروجينية بين أزواج القاعدة A-T و G-C ، أو الدرجات في سلم الحمض النووي ، وتفكك الحمض النووي المزدوج تقطعت به السبل. ومع ذلك ، فإن درجة الحرارة ليست ساخنة بما فيه الكفاية لكسر العمود الفقري للسكر الفوسفات الذي يشكل فروع واحدة ، أو أعمدة السلم. الفصل الكامل للفروع الفردية يعدهم للخطوة الثانية من PCR ، وهو التبريد للسماح لشظايا الحمض النووي قصيرة ، ودعا الاشعال ، لربط فروع واحدة.
السوستة المغناطيسية
أحد أسباب تسخين الحمض النووي إلى درجة حرارة عالية تصل إلى 95 درجة ، هو أنه كلما طالت مدة عمل الحمض النووي المزدوج ، كلما أراد البقاء معًا. طول الحمض النووي هو أحد العوامل التي تؤثر على نقطة الانصهار التي تم اختيارها ل PCR على تلك القطعة من الحمض النووي. أزواج قاعدة A-T و G-C في رابطة الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل مع بعضها البعض لعقد هيكل المزدوج حبلا معا. تترابط أزواج القاعدة الأكثر تتابعا بين خيطين مفردين ، وكلما أراد جيرانهم الترابط ، كلما أصبح الجاذبية أقوى بين الجهتين. هو مثل سستة مصنوعة من المغناطيس الصغيرة. عندما تغلق السوستة ، سوف يرغب المغناطيس بشكل طبيعي في زيادة الضغط والبقاء مضغوطين.
مغناطيس أقوى عصا أكثر بإحكام
هناك عامل آخر يؤثر على درجة حرارة انصهار لاختيار جزء اهتمام الحمض النووي الخاص بك وهو مقدار أزواج القاعدة G-C الموجودة في تلك القطعة. كل زوج أساسي يشبه مغناطيسين صغيرين يجذبان. زوج من G و C ينجذب بقوة أكثر من زوج A و T. وبالتالي فإن قطعة من الحمض النووي تحتوي على عدد من أزواج G-C أكثر من شظية أخرى سوف تتطلب درجة حرارة أعلى قبل ذوبانها في خيوط مفردة. الحمض النووي يمتص بشكل طبيعي الضوء فوق البنفسجي - عند طول الموجة 260 نانومتر ، على وجه الدقة - ويمتص الحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل ضوء أكثر من الحمض النووي الذي تقطعت به السبل. لذا فإن قياس كمية الضوء الممتصة هو وسيلة لقياس مقدار ذوبان الحمض النووي المزدوج الذي تقطعت به السبل في خيوط مفردة. إن تأثير "السوستة المغناطيسية" لأزواج القاعدة G-C و A-T هو ما يسبب رسم بياني لامتصاص الضوء للحمض النووي المزدوج تقطعت به السبل المرسومة ضد زيادة درجة الحرارة لتكون سيني الشكلية ، على شكل حرف S وليس خط مستقيم. يمثل منحنى S مقاومة العمل الجماعي التي تمارسها أزواج القاعدة ضد الحرارة لأنهم لا يريدون الفصل.
نقطة المنتصف
تسمى درجة الحرارة التي يذوب فيها طول الحمض النووي في خيوط مفردة درجة حرارة الانصهار ، والتي يشار إليها باختصار "Tm". وهذا يشير إلى درجة الحرارة التي يذوب فيها نصف الحمض النووي في محلول إلى خيوط مفردة والنصف الآخر هو لا يزال في شكل حبلا مزدوج. درجة حرارة الانصهار مختلفة لكل جزء من الحمض النووي. الحمض النووي للثدييات يحتوي على نسبة 40٪ من G-C ، وهذا يعني أن 60٪ المتبقية من أزواج القاعدة هي As و Ts. 40 ٪ من محتوى G-C يؤدي إلى انصهار الحمض النووي في الثدي عند درجة حرارة 87 درجة مئوية (حوالي 189 درجة فهرنهايت). هذا هو السبب في أن الخطوة الأولى من PCR على الحمض النووي للثدييات هي تسخينه إلى 94 درجة مئوية (201 فهرنهايت). فقط سبع درجات حرارة أكثر من درجة حرارة الانصهار وجميع الذرات المزدوجة سوف تذوب تماما إلى خيوط مفردة.