Normalement, chaque molécule d'ADN à l'intérieur de vos cellules contient deux brins reliés entre eux par des interactions appelées liaisons hydrogène. Un changement de conditions, cependant, peut "dénaturer" l'ADN et provoquer la séparation de ces brins. L'ajout de bases fortes, comme NaOH, augmente considérablement le pH, diminuant ainsi la concentration en ions hydrogène de la solution et dénaturant l'ADN double brin.
Effets du pH
La concentration en ions hydroxyde et le pH ont une corrélation directe, ce qui signifie que plus le pH est élevé, plus la concentration en hydroxyde est élevée. De même, plus la concentration en ions hydrogène diminue. À pH élevé, la solution est donc riche en ions hydroxyde, et ces ions chargés négativement peuvent extraire les ions hydrogène de molécules comme les paires de bases de l'ADN. Ce processus perturbe la liaison hydrogène qui maintient les deux brins d'ADN ensemble, provoquant leur séparation.
ARN vs. ADN
Contrairement à l'ARN, l'ADN n'a pas de groupe hydroxyle en position 2' dans chaque groupe sucre. Cette différence rend l'ADN beaucoup plus stable en solution alcaline. Dans l'ARN, le groupe hydroxyle en position 2' peut céder un ion hydrogène à la solution à pH élevé, créant un ion alcoxyde hautement réactif qui attaque le groupe phosphate contenant deux nucléotides voisins ensemble. L'ADN ne souffre pas de ce défaut et bénéficie ainsi d'une stabilité remarquable à pH élevé.
Lyse alcaline
Les biologistes moléculaires utilisent souvent la dénaturation alcaline pour isoler l'ADN plasmidique des bactéries. Les plasmides sont de petites boucles d'ADN séparées du chromosome bactérien. Dans une minipréparation à lyse alcaline, les biologistes ajoutent du détergent et de l'hydroxyde de sodium aux bactéries en suspension dans la solution. Le détergent dissout la membrane cellulaire bactérienne tandis que l'hydroxyde de sodium augmente le pH et rend la solution très alcaline. Au fur et à mesure que les cellules brisées libèrent leur contenu, l'ADN à l'intérieur se sépare en ses brins constitutifs ou se dénature.
Recuit
Une fois que le biologiste a extrait l'ADN de la cellule, il ajoute un autre réactif pour ramener la solution à un pH plus neutre et précipiter le détergent. Le changement de pH permet aux brins de plasmide de se rehybrider; le chromosome volumineux, cependant, ne peut pas faire la même chose, de sorte que le biologiste peut l'éliminer avec le détergent, les protéines dénaturées et d'autres déchets assortis, laissant le plasmide derrière lui. La lyse alcaline ne purifie pas complètement l'ADN plasmidique; il sert plutôt de moyen "rapide et sale" pour l'extraire de la cellule et éliminer la plupart des autres contaminants.