Quali sono gli effetti di un pH alcalino sulla struttura del DNA?

Normalmente ogni molecola di DNA all'interno delle tue cellule contiene due filamenti uniti tra loro da interazioni chiamate legami idrogeno. Il cambiamento delle condizioni, tuttavia, può "denaturare" il DNA e causare la separazione di questi filamenti. L'aggiunta di basi forti, come NaOH, aumenta notevolmente il pH, diminuendo così la concentrazione di ioni idrogeno della soluzione e denaturando il DNA a doppio filamento.

La concentrazione di ioni idrossido e il pH hanno una correlazione diretta, il che significa che maggiore è il pH, maggiore è la concentrazione di idrossido. Allo stesso modo, più bassa è la concentrazione di ioni idrogeno. Ad alto pH, quindi, la soluzione è ricca di ioni idrossido e questi ioni caricati negativamente possono estrarre ioni idrogeno dalle molecole come le coppie di basi nel DNA. Questo processo interrompe il legame idrogeno che tiene insieme i due filamenti di DNA, facendoli separare.

A differenza dell'RNA, il DNA è privo di un gruppo ossidrile in posizione 2' in ciascun gruppo zuccherino. Questa differenza rende il DNA molto più stabile in soluzione alcalina. Nell'RNA, il gruppo ossidrile in posizione 2' può cedere uno ione idrogeno alla soluzione ad alto pH, creando uno ione alcossido altamente reattivo che attacca il gruppo fosfato che contiene due nucleotidi vicini insieme. Il DNA non soffre di questo difetto e quindi gode di una notevole stabilità a pH elevati.

I biologi molecolari fanno spesso uso della denaturazione alcalina per isolare il DNA plasmidico dai batteri. I plasmidi sono piccole anse di DNA separate dal cromosoma batterico. In un miniprep di lisi alcalina, i biologi aggiungono detersivo e idrossido di sodio ai batteri sospesi in soluzione. Il detergente scioglie la membrana cellulare batterica mentre l'idrossido di sodio aumenta il pH e rende la soluzione altamente alcalina. Quando le cellule rotte rilasciano il loro contenuto, il DNA all'interno si separa nei suoi filamenti componenti, o si denatura.

Una volta che il biologo estrae il DNA dalla cellula, aggiunge un altro reagente per riportare la soluzione a un pH più neutro e far precipitare il detergente. La variazione del pH consente ai filamenti plasmidici di riappaiarsi; l'ingombrante cromosoma, tuttavia, non può fare lo stesso, quindi il biologo può rimuoverlo insieme al detersivo, alle proteine ​​denaturate e ad altre cianfrusaglie assortite, lasciandosi dietro il plasmide. La lisi alcalina non purifica completamente il DNA plasmidico; piuttosto, serve come un modo "rapido e sporco" per estrarlo dalla cellula e rimuovere la maggior parte degli altri contaminanti.