Quais são os efeitos de um pH alcalino na estrutura do DNA?

Normalmente, cada molécula de DNA dentro das células contém duas fitas unidas por interações chamadas ligações de hidrogênio. Mudanças nas condições, entretanto, podem "desnaturar" o DNA e fazer com que essas fitas se separem. Adicionar bases fortes, como NaOH, aumenta drasticamente o pH, diminuindo assim a concentração de íons de hidrogênio da solução e desnaturando o DNA de fita dupla.

A concentração de íons hidróxido e o pH têm uma correlação direta, ou seja, quanto maior o pH, maior a concentração de hidróxido. Da mesma forma, quanto mais baixa a concentração de íons de hidrogênio. Em pH alto, então, a solução é rica em íons hidróxido, e esses íons carregados negativamente podem puxar íons de hidrogênio de moléculas como os pares de bases no DNA. Esse processo interrompe a ligação de hidrogênio que mantém as duas fitas de DNA juntas, fazendo com que se separem.

Ao contrário do RNA, o DNA carece de um grupo hidroxila na posição 2 'em cada grupo de açúcar. Essa diferença torna o DNA muito mais estável em solução alcalina. No RNA, o grupo hidroxila na posição 2 'pode ceder um íon hidrogênio à solução em pH alto, criando um íon alcóxido altamente reativo que ataca o grupo fosfato que contém dois nucleotídeos vizinhos juntos. O DNA não sofre desse defeito e, portanto, goza de notável estabilidade em pH alto.

Os biólogos moleculares costumam usar a desnaturação alcalina para isolar o DNA do plasmídeo das bactérias. Os plasmídeos são pequenas voltas de DNA separadas do cromossomo bacteriano. Em um miniprep de lise alcalina, os biólogos adicionam detergente e hidróxido de sódio às bactérias suspensas na solução. O detergente dissolve a membrana da célula bacteriana enquanto o hidróxido de sódio aumenta o pH e torna a solução altamente alcalina. À medida que as células quebradas liberam seu conteúdo, o DNA interno se separa em seus filamentos componentes, ou desnatura.

Assim que o biólogo extrai o DNA da célula, ele adiciona outro reagente para retornar a solução a um pH mais neutro e precipitar o detergente. A mudança no pH permite que as fitas do plasmídeo renascam; o cromossomo volumoso, porém, não pode fazer o mesmo, então o biólogo pode removê-lo junto com o detergente, as proteínas desnaturadas e outras porcarias variadas, deixando o plasmídeo para trás. A lise alcalina não purifica completamente o DNA do plasmídeo; em vez disso, serve como uma maneira "rápida e suja" de extraí-lo da célula e remover a maioria dos outros contaminantes.