Aké sú účinky alkalického pH na štruktúru DNA?

Každá molekula DNA vo vašich bunkách zvyčajne obsahuje dve vlákna, ktoré sú navzájom spojené interakciami nazývanými vodíkové väzby. Zmena podmienok však môže „denaturovať“ DNA a spôsobiť oddelenie týchto vlákien. Pridanie silných zásad, ako je NaOH, dramaticky zvyšuje pH, čím znižuje koncentráciu vodíkových iónov v roztoku a denaturuje dvojvláknovú DNA.

Koncentrácia iónov hydroxidu a pH majú priamu koreláciu, čo znamená, že čím je pH vyššie, tým vyššia je koncentrácia hydroxidu. Rovnako tak klesá nižšia koncentrácia vodíkových iónov. Pri vysokom pH je potom roztok bohatý na hydroxidové ióny a tieto negatívne nabité ióny môžu odťahovať vodíkové ióny z molekúl, ako sú páry báz v DNA. Tento proces naruší vodíkovú väzbu, ktorá drží dva reťazce DNA pohromade, čo spôsobí ich oddelenie.

Na rozdiel od RNA v DNA chýba hydroxylová skupina na pozícii 2 'v každej cukrovej skupine. Tento rozdiel robí DNA v alkalickom roztoku oveľa stabilnejšou. V RNA môže hydroxylová skupina v polohe 2 'vzdať vodíkový ión k roztoku pri vysokom pH, čím sa vytvorí vysoko reaktívny alkoxidový ión, ktorý napáda fosfátovú skupinu obsahujúcu dva susedné nukleotidy spolu. DNA netrpí týmto defektom, a tak sa teší pozoruhodnej stabilite pri vysokom pH.

Molekulárni biológovia často využívajú alkalickú denaturáciu na izoláciu plazmidovej DNA z baktérií. Plazmidy sú malé slučky DNA oddelené od bakteriálneho chromozómu. V minipreparáte na alkalickú lýzu pridávajú biológovia baktériám suspendovaným v roztoku prací prostriedok a hydroxid sodný. Čistiaci prostriedok rozpúšťa bakteriálnu bunkovú membránu, zatiaľ čo hydroxid sodný zvyšuje pH a robí roztok vysoko alkalickým. Keď rozbité bunky uvoľnia svoj obsah, DNA vo vnútri sa rozdelí na jednotlivé reťazce alebo denaturuje.

Akonáhle biológ extrahuje DNA z bunky, pridá ďalšie činidlo, aby vrátil roztok na neutrálnejšie pH a vyzrážal detergent. Zmena pH umožňuje plazmovým vláknam reannealizovať; objemný chromozóm to však nedokáže, takže biológ ho môže odstrániť spolu s detergentom, denaturovanými proteínmi a inými najrôznejšími odpadmi, pričom plazmid nechá za sebou. Alkalická lýza úplne nečistí plazmidovú DNA; skôr slúži ako „rýchly a špinavý“ spôsob extrakcie z bunky a odstránenia väčšiny ostatných kontaminantov.