Обычно каждая молекула ДНК внутри ваших клеток содержит две нити, соединенные между собой взаимодействиями, называемыми водородными связями. Однако изменение условий может «денатурировать» ДНК и вызвать разделение этих цепей. Добавление сильных оснований, таких как NaOH, резко увеличивает pH, тем самым уменьшая концентрацию ионов водорода в растворе и денатурируя двухцепочечную ДНК.
Влияние pH
Концентрация гидроксид-иона и pH имеют прямую корреляцию, что означает, что чем выше pH, тем выше концентрация гидроксида. Аналогичным образом, чем ниже падает концентрация ионов водорода. Таким образом, при высоком pH раствор богат гидроксид-ионами, и эти отрицательно заряженные ионы могут оттягивать ионы водорода от молекул, как пары оснований в ДНК. Этот процесс нарушает водородную связь, которая удерживает две нити ДНК вместе, заставляя их разделиться.
РНК vs. ДНК
В отличие от РНК, ДНК не имеет гидроксильной группы в положении 2 'в каждой сахарной группе. Это различие делает ДНК более стабильной в щелочном растворе. В РНК гидроксильная группа в положении 2 'может отдавать ион водорода в раствор при высоком pH, создание высокореактивного алкоксид-иона, который атакует фосфатную группу, содержащую два соседних нуклеотида все вместе. ДНК не страдает этим дефектом и, таким образом, обладает замечательной стабильностью при высоких значениях pH.
Щелочной лизис
Молекулярные биологи часто используют щелочную денатурацию, чтобы изолировать плазмидную ДНК от бактерий. Плазмиды - это маленькие петли ДНК, отделенные от бактериальной хромосомы. В минипрепарате щелочного лизиса биологи добавляют детергент и гидроксид натрия к бактериям, взвешенным в растворе. Моющее средство растворяет мембрану бактериальной клетки, в то время как гидроксид натрия повышает pH и делает раствор сильно щелочным. Когда сломанные клетки высвобождают свое содержимое, ДНК внутри разделяется на составляющие нити или денатурирует.
Повторный отжиг
Как только биолог извлекает ДНК из клетки, он добавляет другой реагент, чтобы вернуть раствор к более нейтральному pH и осаждать детергент. Изменение pH позволяет цепям плазмиды повторно отжигаться; однако громоздкая хромосома не может сделать то же самое, поэтому биолог может удалить ее вместе с детергентом, денатурированными белками и другим мусором, оставив плазмиду позади. Щелочной лизис не полностью очищает плазмидную ДНК; скорее, он служит «быстрым и грязным» способом извлечь его из ячейки и удалить большинство других загрязняющих веществ.