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Normalerweise enthält jedes DNA-Molekül in Ihren Zellen zwei Stränge, die durch Wechselwirkungen, sogenannte Wasserstoffbrücken, miteinander verbunden sind. Eine Änderung der Bedingungen kann jedoch die DNA "denaturieren" und dazu führen, dass sich diese Stränge trennen. Durch die Zugabe starker Basen wie NaOH wird der pH-Wert drastisch erhöht, wodurch die Wasserstoffionenkonzentration der Lösung verringert und doppelsträngige DNA denaturiert wird.
Auswirkungen des pH-Wertes
Die Hydroxidionenkonzentration und der pH-Wert stehen in direktem Zusammenhang, dh je höher der pH-Wert, desto höher die Hydroxidkonzentration. Ebenso sinkt die Wasserstoffionenkonzentration umso niedriger. Bei hohem pH-Wert ist die Lösung dann reich an Hydroxidionen, und diese negativ geladenen Ionen können Wasserstoffionen von Molekülen wie den Basenpaaren in der DNA abziehen. Dieser Prozess unterbricht die Wasserstoffbindung, die die beiden DNA-Stränge zusammenhält, wodurch sie sich trennen.
RNA vs. DNA
Anders als bei RNA fehlt bei DNA eine Hydroxylgruppe an der 2-Position in jeder Zuckergruppe. Dieser Unterschied macht DNA in alkalischer Lösung viel stabiler. In der RNA kann die Hydroxylgruppe an Position 2 bei hohem pH-Wert ein Wasserstoffion an die Lösung abgeben, wodurch ein hochreaktives Alkoxidion entsteht, das die Phosphatgruppe angreift, die zwei benachbarte Nukleotide zusammenhält. DNA leidet nicht an diesem Defekt und genießt daher eine bemerkenswerte Stabilität bei hohem pH-Wert.
Alkalische Lyse
Molekularbiologen nutzen häufig die alkalische Denaturierung, um Plasmid-DNA aus Bakterien zu isolieren. Plasmide sind kleine DNA-Schleifen, die vom Bakterienchromosom getrennt sind. In einem alkalischen Lyse-Miniprep geben Biologen Waschmittel und Natriumhydroxid an in Lösung suspendierte Bakterien. Das Waschmittel löst die Bakterienzellmembran auf, während das Natriumhydroxid den pH-Wert erhöht und die Lösung stark alkalisch macht. Wenn die zerbrochenen Zellen ihren Inhalt abgeben, zerfällt die DNA im Inneren in ihre Teilstränge oder Denaturierungen.
Reannealing
Sobald der Biologe die DNA aus der Zelle extrahiert, fügt er ein weiteres Reagens hinzu, um die Lösung auf einen neutraleren pH-Wert zurückzuführen und das Detergens auszufällen. Die Änderung des pH-Werts ermöglicht es den Plasmidsträngen, sich wieder zu verfestigen; Das sperrige Chromosom kann jedoch nicht dasselbe tun, sodass der Biologe es zusammen mit dem Detergens, denaturierten Proteinen und anderem sortierten Müll entfernen und das Plasmid zurücklassen kann. Die alkalische Lyse reinigt die Plasmid-DNA nicht vollständig. Vielmehr dient es als "schnelle und schmutzige" Methode, um es aus der Zelle zu extrahieren und die meisten anderen Verunreinigungen zu entfernen.