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通常、細胞内の各DNA分子には、水素結合と呼ばれる相互作用によって結合した2本の鎖が含まれています。ただし、条件の変化はDNAを「変性」させ、これらの鎖を分離させる可能性があります。 NaOHのような強塩基を追加すると、pHが劇的に上昇するため、溶液の水素イオン濃度が低下し、二本鎖DNAが変性します。
pHの影響
水酸化物イオン濃度とpHは直接相関しています。つまり、pHが高いほど、水酸化物濃度が高くなります。同様に、水素イオン濃度が低下するほど低下します。高pHの場合、溶液には水酸化物イオンが豊富であり、これらの負に帯電したイオンは、DNAの塩基対などの分子から水素イオンを引き抜く可能性があります。このプロセスにより、2つのDNA鎖を保持する水素結合が破壊され、それらが分離します。
RNA対DNA
RNAとは異なり、DNAは各糖基の2位にヒドロキシル基を欠いています。この違いにより、DNAはアルカリ溶液中でより安定します。 RNAでは、2位のヒドロキシル基が高pHで溶液に水素イオンを与え、2つの隣接するヌクレオチドを一緒に保持するリン酸基を攻撃する反応性の高いアルコキシドイオンを生成します。 DNAはこの欠陥の影響を受けないため、高いpHで顕著な安定性が得られます。
アルカリ溶解
分子生物学者は、しばしばアルカリ変性を利用して、細菌からプラスミドDNAを分離します。プラスミドは、細菌の染色体から分離されたDNAの小さなループです。アルカリ溶解ミニプレップでは、生物学者が溶液に懸濁した細菌に洗剤と水酸化ナトリウムを加えます。洗剤は細菌の細胞膜を溶解し、水酸化ナトリウムはpHを上昇させ、溶液のアルカリ性を高めます。壊れた細胞が内容物を放出すると、内部のDNAが成分鎖に分離するか、変性します。
再アニール
生物学者が細胞からDNAを抽出したら、別の試薬を加えて溶液をより中性のpHに戻し、界面活性剤を沈殿させます。 pHの変化により、プラスミド鎖の再アニーリングが可能になります。しかし、かさばる染色体は同じことを行うことができないため、生物学者はそれを界面活性剤、変性タンパク質、およびその他のさまざまなジャンクとともに除去し、プラスミドを残します。アルカリ溶解では、プラスミドDNAは完全には精製されません。むしろ、セルからそれを抽出し、他のほとんどの汚染物質を除去するための「迅速で汚れた」方法として機能します。