Dlaczego sód jest używany do ekstrakcji DNA?

DNA – kwas dezoksyrybonukleinowy – to cząsteczka w jądrze komórki, która zawiera informację genetyczną. Ekstrakcja DNA obejmuje szereg kroków, które mają na celu delikatne rozbicie komórki, rozerwanie błony jądrowej, oddzielenie DNA od białek, a następnie wytrącenie go z roztworu. Odbywa się to za pomocą różnych chemikaliów, opartych na strukturze błon, DNA i jego elektroujemności. Chlorek sodu lub inne związki zawierające sód są używane do stabilizacji DNA po usunięciu jego białek i wspomagania wytrącania.

Podstawowa struktura DNA to dwie długie nici nukleotydów połączone razem z otaczającymi je szkieletami cukrowo-fosforanowymi. DNA jest dalej układane przez skręcanie i zwijanie się na sobie, z różnymi białkami związanymi z utrzymaniem porządku i rozplątywania nici. W swoim natywnym stanie, częścią DNA najbardziej wystawioną na działanie środowiska jest szkielet cukrowo-fosforanowy. W komórce tym środowiskiem jest przede wszystkim woda; w którym DNA jest rozpuszczalny. Jest rozpuszczalny w wodzie ze względu na swoją ogólną polarność.

„Polarność” to termin chemiczny opisujący cząsteczki, które zawierają nierównomierny rozkład ładunków elektrycznych. Według Paula Zumbo z Cornell Medical College wszystkie kwasy nukleinowe są polarne. W przypadku DNA silnie polarne grupy fosforanowe na szkielecie niosą ładunki ujemne. Ta właściwość odpowiada za rozpuszczalność w wodzie, ponieważ woda jest również polarna. Dodatnie ładunki wody oddziałują z ujemnymi ładunkami DNA i tworzą rozwiązanie. Aby odzyskać DNA do dalszych testów lub wizualizacji, DNA musi być wytrącone z roztworu wodą. Ponieważ woda ma stosunkowo słaby ładunek dodatni, osiąga się to poprzez dostarczenie do roztworu silniejszego dodatnio naładowanego jonu. Sód jest do tego idealnym kandydatem.

Po usunięciu DNA z jądra komórki i pozostawieniu do zmieszania z wodą, wprowadzenie jonów sodu powoduje tymczasowe przyciąganie sodu do szkieletu. DNA jest tymczasowo neutralizowane, a następnie łatwo odłączane od wody. Na tym etapie wprowadzenie alkoholu zmusza DNA i jony sodu do jeszcze ściślejszego połączenia, ponieważ alkohol jest bardzo niepolarny. Można stosować etanol lub alkohol izopropylowy. Gdy DNA zostanie oddzielone od wody i ściśle związane z sodem, wytrąci się z roztworu gdzie może być skoncentrowany w celu oczyszczenia lub wizualizowany przez delikatne nawijanie wokół gładkiego szkła pręt.

Rozbicie błony plazmatycznej i błony jądrowej w celu uzyskania dostępu do DNA z komórek zwykle osiąga się przez wprowadzenie najpierw pewnego rodzaju detergentu w celu rozbicia cząsteczek lipidów. Powszechnym detergentem używanym w laboratoriach jest SDS lub dodecylosiarczan sodu; ale do prostych ekstrakcji można użyć nawet mydła do naczyń. Jeśli komórki pochodzą z materiału roślinnego, zwykle dodaje się również enzymy w celu strawienia ściany komórkowej.