Jaki jest wpływ zasadowego pH na strukturę DNA?

Zwykle każda cząsteczka DNA w twoich komórkach zawiera dwie nici połączone ze sobą przez interakcje zwane wiązaniami wodorowymi. Jednak zmiana warunków może „denaturować” DNA i spowodować rozdzielenie tych nici. Dodanie mocnych zasad, takich jak NaOH, dramatycznie zwiększa pH, zmniejszając w ten sposób stężenie jonów wodorowych w roztworze i denaturując dwuniciowy DNA.

Stężenie jonów wodorotlenowych i pH mają bezpośrednią korelację, co oznacza, że ​​im wyższe pH, tym wyższe stężenie wodorotlenków. Podobnie, im niższe stężenie jonów wodorowych spada. Przy wysokim pH roztwór jest zatem bogaty w jony wodorotlenowe, a te ujemnie naładowane jony mogą wyciągać jony wodorowe z cząsteczek, takich jak pary zasad w DNA. Proces ten zaburza wiązania wodorowe, które utrzymują razem dwie nici DNA, powodując ich rozdzielenie.

W przeciwieństwie do RNA, DNA nie ma grupy hydroksylowej w pozycji 2' w każdej grupie cukrowej. Ta różnica sprawia, że ​​DNA jest znacznie stabilniejsze w roztworze alkalicznym. W RNA grupa hydroksylowa w pozycji 2' może oddać jon wodorowy do roztworu przy wysokim pH, tworzenie wysoce reaktywnego jonu alkoholanowego, który atakuje grupę fosforanową zawierającą dwa sąsiednie nukleotydy razem. DNA nie ma tego defektu i dzięki temu cieszy się niezwykłą stabilnością przy wysokim pH.

Biolodzy molekularni często wykorzystują denaturację alkaliczną do izolacji plazmidowego DNA z bakterii. Plazmidy to małe pętle DNA oddzielone od chromosomu bakteryjnego. W minipreparacie do lizy alkalicznej biolodzy dodają detergent i wodorotlenek sodu do bakterii zawieszonych w roztworze. Detergent rozpuszcza błonę komórkową bakterii, podczas gdy wodorotlenek sodu podnosi pH i sprawia, że ​​roztwór jest silnie alkaliczny. Gdy rozbite komórki uwalniają swoją zawartość, DNA wewnątrz rozdziela się na swoje pasma składowe lub denaturację.

Gdy biolog wyekstrahuje DNA z komórki, dodaje kolejny odczynnik, aby przywrócić roztwór do bardziej neutralnego pH i wytrącić detergent. Zmiana pH umożliwia ponowne połączenie nici plazmidu; jednak masywny chromosom nie może zrobić tego samego, więc biolog może go usunąć razem z detergentem, zdenaturowanymi białkami i innymi śmieciami, pozostawiając plazmid za sobą. Liza alkaliczna nie oczyszcza całkowicie plazmidowego DNA; służy raczej jako „szybki i brudny” sposób na wydobycie go z komórki i usunięcie większości innych zanieczyszczeń.