Vilka är effekterna av ett alkaliskt pH på strukturen av DNA?

Vanligtvis innehåller varje DNA-molekyl inuti dina celler två strängar som sammanfogas av interaktioner som kallas vätebindningar. Förändringar i förhållanden kan dock "denaturera" DNA: t och orsaka att dessa strängar separeras. Tillsats av starka baser, som NaOH, ökar pH dramatiskt, vilket minskar vätejonkoncentrationen i lösningen och denaturerar dubbelsträngat DNA.

Hydroxidjonkoncentrationen och pH har en direkt korrelation, vilket betyder att ju högre pH, desto högre hydroxidkoncentration. Likaså faller ju lägre vätejonkoncentrationen. Vid högt pH är lösningen därför rik på hydroxidjoner, och dessa negativt laddade joner kan dra ut vätejoner från molekyler som baspar i DNA. Denna process stör vätebindningen som håller ihop de två DNA-strängarna, vilket får dem att separera.

Till skillnad från RNA saknar DNA en hydroxylgrupp på 2'-positionen i varje sockergrupp. Denna skillnad gör DNA mycket mer stabil i alkalisk lösning. I RNA kan hydroxylgruppen på 2'-positionen ge upp en vätejon till lösningen vid högt pH, skapa en mycket reaktiv alkoxidjon som attackerar fosfatgruppen som rymmer två angränsande nukleotider tillsammans. DNA lider inte av denna defekt och har således anmärkningsvärd stabilitet vid högt pH.

Molekylära biologer använder ofta alkalisk denaturering för att isolera plasmid-DNA från bakterier. Plasmider är små slingor av DNA separerade från bakteriekromosomen. I en alkalisk lysminiprep tillsätter biologer tvättmedel och natriumhydroxid till bakterier suspenderade i lösning. Tvättmedlet löser upp bakteriecellmembranet medan natriumhydroxiden ökar pH och gör lösningen mycket alkalisk. När de trasiga cellerna släpper ut innehållet separeras DNA inuti i dess komponentsträngar eller denaturerar.

När biologen extraherar DNA: n från cellen lägger han till ett annat reagens för att återföra lösningen till ett mer neutralt pH och fälla ut tvättmedlet. Förändringen i pH gör det möjligt för plasmidsträngarna att återgenealisera; den skrymmande kromosomen kan dock inte göra detsamma, så biologen kan ta bort den tillsammans med tvättmedlet, denaturerade proteiner och annat diverse skräp och lämna plasmiden bakom. Alkalisk lys renar inte fullständigt plasmid-DNA; snarare fungerar det som ett "snabbt och smutsigt" sätt att extrahera det från cellen och ta bort de flesta andra föroreningar.