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Normalmente ogni molecola di DNA all'interno delle tue cellule contiene due filamenti uniti da interazioni chiamate legami idrogeno. Il cambiamento delle condizioni, tuttavia, può "denaturare" il DNA e causare la separazione di questi filamenti. L'aggiunta di basi forti, come NaOH, aumenta notevolmente il pH, diminuendo così la concentrazione di ioni idrogeno della soluzione e denaturando il DNA a doppio filamento.
Effetti del pH
La concentrazione di ioni idrossido e il pH hanno una correlazione diretta, il che significa che maggiore è il pH, maggiore è la concentrazione di idrossido. Allo stesso modo, minore è la concentrazione di ioni idrogeno. Ad alto pH, quindi, la soluzione è ricca di ioni idrossido e questi ioni carichi negativamente possono estrarre ioni idrogeno da molecole come le coppie di basi nel DNA. Questo processo interrompe il legame idrogeno che tiene uniti i due filamenti di DNA, facendoli separare.
RNA vs. DNA
A differenza dell'RNA, il DNA non ha un gruppo ossidrilico sulla posizione 2 in ciascun gruppo di zucchero. Questa differenza rende il DNA molto più stabile nella soluzione alcalina. Nell'RNA, il gruppo idrossile sulla posizione 2 può rinunciare a uno ione idrogeno alla soluzione ad alto pH, creando uno ione alcossido altamente reattivo che attacca il gruppo fosfato che tiene insieme due nucleotidi vicini. Il DNA non soffre di questo difetto e quindi gode di notevole stabilità ad alto pH.
Lisi alcalina
I biologi molecolari spesso usano la denaturazione alcalina per isolare il DNA plasmidico dai batteri. I plasmidi sono piccoli anelli di DNA separati dal cromosoma batterico. In una miniprep di lisi alcalina, i biologi aggiungono detergente e idrossido di sodio ai batteri sospesi in soluzione. Il detergente dissolve la membrana cellulare batterica mentre l'idrossido di sodio aumenta il pH e rende la soluzione altamente alcalina. Mentre le cellule rotte rilasciano il loro contenuto, il DNA all'interno si separa nei suoi filamenti componenti o denature.
Reannealing
Una volta che il biologo estrae il DNA dalla cellula, aggiunge un altro reagente per riportare la soluzione a un pH più neutro e precipitare il detergente. La variazione del pH consente ai filamenti di plasmidi di riannealizzare; il grosso cromosoma, tuttavia, non può fare lo stesso, quindi il biologo può rimuoverlo insieme al detergente, alle proteine denaturate e ad altri rifiuti assortiti, lasciando indietro il plasmide. La lisi alcalina non purifica completamente il DNA plasmidico; piuttosto, serve come un modo "rapido e sporco" per estrarlo dalla cellula e rimuovere la maggior parte degli altri contaminanti.