Ποιες είναι οι επιπτώσεις ενός αλκαλικού pH στη δομή του DNA;

Κανονικά κάθε μόριο DNA μέσα στα κύτταρα σας περιέχει δύο κλώνους που ενώνονται μεταξύ τους με αλληλεπιδράσεις που ονομάζονται δεσμοί υδρογόνου. Ωστόσο, η αλλαγή των συνθηκών μπορεί να "μετουσιώσει" το DNA και να προκαλέσει το διαχωρισμό αυτών των κλώνων. Η προσθήκη ισχυρών βάσεων, όπως το NaOH, αυξάνει δραματικά το ρΗ, μειώνοντας έτσι τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου του διαλύματος και μετουσιώνοντας το δίκλωνο DNA.

Η συγκέντρωση ιόντων υδροξειδίου και το ρΗ έχουν άμεση συσχέτιση, που σημαίνει ότι όσο υψηλότερο είναι το pH, τόσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση υδροξειδίου. Ομοίως, όσο χαμηλότερη είναι η συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου. Σε υψηλό ρΗ, τότε, το διάλυμα είναι πλούσιο σε ιόντα υδροξειδίου και αυτά τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα μπορούν να τραβήξουν ιόντα υδρογόνου από μόρια όπως τα ζεύγη βάσεων στο DNA. Αυτή η διαδικασία διακόπτει τη σύνδεση υδρογόνου που συγκρατεί τους δύο κλώνους DNA, αναγκάζοντάς τους να διαχωριστούν.

Σε αντίθεση με το RNA, το DNA στερείται υδροξυλομάδας στη θέση 2 'σε κάθε ομάδα σακχάρου. Αυτή η διαφορά καθιστά το DNA πολύ πιο σταθερό σε αλκαλικό διάλυμα. Στο RNA, η ομάδα υδροξυλίου στη θέση 2 'μπορεί να δώσει ένα ιόν υδρογόνου στο διάλυμα σε υψηλό ρΗ, δημιουργώντας ένα πολύ δραστικό ιόν αλκοξειδίου που προσβάλλει την φωσφορική ομάδα που συγκρατεί δύο γειτονικά νουκλεοτίδια μαζί. Το DNA δεν πάσχει από αυτό το ελάττωμα και έτσι απολαμβάνει αξιοσημείωτη σταθερότητα σε υψηλό ρΗ.

Οι μοριακοί βιολόγοι χρησιμοποιούν συχνά αλκαλική μετουσίωση για την απομόνωση του πλασμιδικού DNA από βακτήρια. Τα πλασμίδια είναι μικρές θηλιές DNA χωριστές από το βακτηριακό χρωμόσωμα. Σε μια αλκαλική λύση miniprep, οι βιολόγοι προσθέτουν απορρυπαντικό και υδροξείδιο του νατρίου σε βακτήρια που εναιωρούνται σε διάλυμα. Το απορρυπαντικό διαλύει τη μεμβράνη των βακτηριακών κυττάρων ενώ το υδροξείδιο του νατρίου αυξάνει το ρΗ και καθιστά το διάλυμα εξαιρετικά αλκαλικό. Καθώς τα σπασμένα κύτταρα απελευθερώνουν το περιεχόμενό τους, το DNA χωρίζεται εντός των συστατικών του κλώνων ή μετουσιώνεται.

Μόλις ο βιολόγος εξάγει το DNA από το κύτταρο, προσθέτει ένα άλλο αντιδραστήριο για να επιστρέψει το διάλυμα σε πιο ουδέτερο ρΗ και να καθιζάνει το απορρυπαντικό. Η αλλαγή στο pH επιτρέπει στους κλώνους του πλασμιδίου να επανασυνδέονται. Το ογκώδες χρωμόσωμα, ωστόσο, δεν μπορεί να κάνει το ίδιο, οπότε ο βιολόγος μπορεί να το αφαιρέσει μαζί με το απορρυπαντικό, τις μετουσιωμένες πρωτεΐνες και άλλα διάφορα σκουπίδια, αφήνοντας το πλασμίδιο πίσω. Η αλκαλική λύση δεν καθαρίζει πλήρως το πλασμιδικό DNA. Αντιθέτως, χρησιμεύει ως "γρήγορος και βρώμικος" τρόπος για να το εξαγάγετε από το κελί και να απομακρύνετε τους περισσότερους άλλους ρύπους.