Normalerweise enthält jedes DNA-Molekül in Ihren Zellen zwei Stränge, die durch Wechselwirkungen, die Wasserstoffbrücken genannt werden, miteinander verbunden sind. Eine Änderung der Bedingungen kann jedoch die DNA "denaturieren" und dazu führen, dass sich diese Stränge trennen. Die Zugabe starker Basen, wie NaOH, erhöht den pH-Wert dramatisch, wodurch die Wasserstoffionenkonzentration der Lösung verringert und doppelsträngige DNA denaturiert wird.
Auswirkungen von pH
Die Hydroxidionenkonzentration und der pH-Wert korrelieren direkt, dh je höher der pH-Wert, desto höher die Hydroxidkonzentration. Ebenso fällt die Wasserstoffionenkonzentration umso niedriger. Bei hohem pH-Wert ist die Lösung dann reich an Hydroxidionen, und diese negativ geladenen Ionen können Wasserstoffionen von Molekülen wie den Basenpaaren in der DNA abziehen. Dieser Prozess unterbricht die Wasserstoffbrückenbindung, die die beiden DNA-Stränge zusammenhält, wodurch sie sich trennen.
RNA vs. DNA
Im Gegensatz zur RNA fehlt der DNA eine Hydroxylgruppe an der 2'-Position in jeder Zuckergruppe. Dieser Unterschied macht DNA in alkalischer Lösung viel stabiler. In RNA kann die Hydroxylgruppe an der 2'-Position bei hohem pH-Wert ein Wasserstoffion an die Lösung abgeben. erzeugt ein hochreaktives Alkoxid-Ion, das die Phosphatgruppe angreift, die zwei benachbarte Nukleotide hält zusammen. DNA leidet nicht an diesem Defekt und erfreut sich daher einer bemerkenswerten Stabilität bei hohem pH-Wert.
Alkalische Lyse
Molekularbiologen nutzen häufig die alkalische Denaturierung, um Plasmid-DNA aus Bakterien zu isolieren. Plasmide sind kleine DNA-Schleifen, die vom Bakterienchromosom getrennt sind. In einem alkalischen Lyse-Miniprep fügen Biologen in Lösung suspendierten Bakterien Detergens und Natriumhydroxid hinzu. Das Reinigungsmittel löst die Bakterienzellmembran auf, während das Natriumhydroxid den pH-Wert erhöht und die Lösung stark alkalisch macht. Wenn die aufgebrochenen Zellen ihren Inhalt freisetzen, trennt sich die DNA im Inneren in ihre Einzelstränge oder denaturiert.
Nachglühen
Sobald der Biologe die DNA aus der Zelle extrahiert hat, fügt er ein weiteres Reagenz hinzu, um die Lösung auf einen neutraleren pH-Wert zu bringen und das Detergens auszufällen. Die pH-Änderung erlaubt den Plasmidsträngen, sich wieder zu verbinden; Das sperrige Chromosom kann jedoch nicht dasselbe tun, sodass der Biologe es zusammen mit dem Detergens, denaturierten Proteinen und anderem Müll entfernen kann, wobei das Plasmid zurückbleibt. Alkalische Lyse reinigt die Plasmid-DNA nicht vollständig; es dient vielmehr als "schnelle und schmutzige" Methode, um es aus der Zelle zu extrahieren und die meisten anderen Verunreinigungen zu entfernen.