Wissenschaftler können DNA in ihre konstituierenden Nukleotide zerlegen oder sequenzieren, was beispielsweise einer Person sagen kann, ob sie eine genetische Krankheit hat. Gängige Verfahren zur DNA-Extraktion beinhalten die Verwendung von Isopropanol oder Ethanol in einem Schritt des Verfahrens. Zellen enthalten jedoch viele andere Moleküle wie Proteine und Lipide, und Wissenschaftler möchten natürlich eine möglichst reine DNA-Lösung erhalten.
Methoden der DNA-Extraktion umfassen typischerweise mehrere Schritte: Die Zellen müssen aufgebrochen werden, die Membranlipide müssen entfernt und die DNA von Proteinen, RNA und anderen getrennt werden Schadstoffe. Zwei typische Protokolle sind alkalische Lyse zur Extraktion bakterieller Plasmid-DNA und Phenol-Chloroform-Extraktion. Bei beiden Verfahren ist die Ethanol- oder Isopropanolfällung von Nukleinsäuren einer der letzten Schritte. Sobald die DNA oder RNA präzipitiert wurde (aus der Lösung gefallen ist), kann sie in Wasser resuspendiert werden.
Ethanol ist ein gutes Lösungsmittel
Sowohl Ethanol als auch Isopropanol mischen sich gut mit Wasser (sind mit Wasser mischbar), haben jedoch eine niedrigere Dielektrizitätskonstante als Wasser. Das bedeutet, dass ihre Fähigkeit, positive und negative Ladungen in der Lösung abzuschirmen und sie getrennt zu halten, sehr groß ist ärmer. Die Dielektrizitätskonstante für Wasser beträgt beispielsweise 78,5, während die Konstante für Ethanol 24,3 beträgt. DNA ist negativ geladen, daher wird sie von positiven Ionen in der Lösung wie Kalium oder Natrium angezogen. Ethanol hat eine schlechtere Fähigkeit als Wasser, die positiv geladenen Ionen und die DNA auseinander zu halten.
Ethanol erhöht die DNA-Konzentration
Ethanol macht die DNA auch aus einem anderen Grund weniger löslich. Da die Ethanolmoleküle mit Wassermolekülen Wechselwirkungen eingehen können, die Wasserstoffbrücken genannt werden, verringern sie die Anzahl der Wassermoleküle, die zur Hydratisierung der DNA zur Verfügung stehen. Zwischen diesem Effekt und der niedrigeren Dielektrizitätskonstante bewirkt das Ethanol im Wesentlichen, dass die DNA mit positiven Ionen in der Lösung aggregiert und am Boden des Röhrchens einen Feststoff oder Niederschlag bildet. Die Ausfällung der DNA dient der Konzentration, da andere Verunreinigungen in der Lösung nicht gleichzeitig ausgefällt werden.
Zusätzliche Faktoren im Prozess
Die Ethanolwäsche dient auch dazu, Verunreinigungen mit niedrigem Molekulargewicht wie Salze und Detergenzien zu entfernen. Das gewählte Salz kann variieren, je nachdem, ob es notwendig ist, das Natriumdodecylsulfat (SDS)-Detergens aus einem früheren Schritt auszufällen; Kaliumdodecylsulfat zum Beispiel ist unlöslich und fällt aus, so dass die Verwendung von Kaliumacetat in einer alkalischen Lyse das SDS entfernen kann, bevor das Ethanol/Isopropanol zugegeben wird. Aus den gleichen Gründen kann auch Ethanol zur Fällung von RNA verwendet werden, obwohl die Fällung von RNA typischerweise mehr Ethanol erfordert.
