Περιεχόμενο

• Νάτριο ως απορρυπαντικό
• Το νάτριο ως αλκαλικός παράγοντας
• Ο ρόλος του οξικού νατρίου
• Ο ρόλος του νατρίου στην καθίζηση του DNA
• Νάτριο ως μέρος του ρυθμιστικού διαλύματος

Το DNA δεν επιπλέει ελεύθερα στον πυρήνα του κυττάρου. Συνδέεται με έναν αριθμό διαφορετικών πρωτεϊνών και παγιδεύεται σε μια κυτταρική μεμβράνη. Στα ζωικά κύτταρα, το DNA περιέχεται επίσης από μια πυρηνική μεμβράνη. Για να εξαχθεί το DNA από ένα κύτταρο, οι μεμβράνες και οι σχετικές πρωτεΐνες πρέπει πρώτα να αφαιρεθούν και μετά να διαχωριστούν φυσικά από το DNA. Το νάτριο μπορεί να συμμετέχει σε πολλά από τα βήματα που λαμβάνονται για την επίτευξη αυτού του στόχου.

Νάτριο ως απορρυπαντικό

Το νάτριο είναι ένα στοιχείο. Το χημικό του σύμβολο είναι Na, από το Natrium, τη λατινική λέξη για το νάτριο. Είναι ένα θετικό ιόν και συχνά συνδέεται με αρνητικά ιόντα για το σχηματισμό χρήσιμων ενώσεων. Για παράδειγμα, όταν τα ιόντα νατρίου συνδέονται με ιόντα χλωρίου, σχηματίζουν την ένωση χλωριούχο νάτριο, το οποίο είναι το κοινό επιτραπέζιο άλας.

Διάφορες μορφές νατρίου χρησιμοποιούνται στην εκχύλιση του DNA. Το δωδεκυλ θειικό νάτριο, ή SDS (από το αγγλικό "νάτριο δωδεκυλο θειικό"), είναι απορρυπαντικό που περιέχει νάτριο. Έχει τον χημικό τύπο του C12H25NaO4S, στον οποίο το Na συμβολίζει το νάτριο. Τα απορρυπαντικά χρησιμοποιούνται για να σπάσουν τα τοιχώματα και τις μεμβράνες των κυττάρων. Λειτουργούν χημικά ανοίγοντας τρύπες σε μεμβράνες ή κυτταρικά τοιχώματα.

Μόλις ανοίξουν οι τρύπες στις μεμβράνες, μπορούν να καταστραφούν μηχανικά, όπως και με ένα μπλέντερ. Μετά από αυτό, είναι πιο εύκολο να πάρετε το περιεχόμενο του κυττάρου, συμπεριλαμβανομένου του DNA.

Το νάτριο ως αλκαλικός παράγοντας

Το υδροξείδιο του νατρίου είναι μια άλλη ένωση που περιέχει νάτριο και χρησιμοποιείται για την εξαγωγή κυτταρικού DNA. Ο χημικός τύπος για το υδροξείδιο του νατρίου είναι NaOH. Αυτή η ένωση είναι μια βάση. Ένα διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου είναι πολύ βασικό ή αλκαλικό. Το υδροξείδιο του νατρίου μπορεί να λειτουργήσει χαλαρώνοντας την άκαμπτη δομή ενός κυτταρικού τοιχώματος ή μεμβράνης και απελευθερώνοντας έτσι το DNA.

Το υδροξείδιο του νατρίου χρησιμοποιείται συχνότερα για την εξαγωγή DNA πλασμιδίου. Το πλασμιδικό DNA σε βακτήρια συνήθως έχει σχήμα δακτυλίου στο κυτταρόπλασμα, ξεχωριστό από το χρωμοσωμικό DNA στον πυρήνα. Ενώ το χρωμοσωμικό DNA προγραμματίζει τις λειτουργίες και τις διαδικασίες των βακτηριακών κυττάρων, το πλασμιδικό DNA είναι συχνά γενετικά τροποποιημένο DNA που κωδικοποιεί ένα συγκεκριμένο γονίδιο ή γονίδια που ενδιαφέρουν. Τα πλασμίδια είναι πολύτιμα ερευνητικά εργαλεία και η εξαγωγή βακτηριακών κυττάρων τους είναι μια ρουτίνα διαδικασία στα εργαστήρια.

Για τον διαχωρισμό του χρωμοσωμικού DNA και του βακτηριακού κατακερματισμένου DNA από το πλασμιδικό DNA, χρησιμοποιείται συχνά υδροξείδιο του νατρίου. Το χρωμοσωμικό και κατακερματισμένο DNA είναι γραμμικό, ενώ το πλασμιδικό DNA είναι κυκλικό. Όταν το διάλυμα είναι βασικό - για παράδειγμα, όταν προστίθεται υδροξείδιο του νατρίου - τα δίκλωνα μόρια DNA διαχωρίζονται. Αυτό είναι γνωστό ως μετουσίωση. Οι συμπληρωματικές βάσεις τους δεν συνδέονται πλέον μεταξύ τους. Μπορείτε να το θεωρήσετε ως τις δύο συμπληρωματικές πλευρές ενός φερμουάρ. Όταν το DNA είναι διπλόκλωνο, το φερμουάρ κλείνει. Όταν το DNA μετουσιωθεί, το φερμουάρ δεν είναι μόνο ανοιχτό, αλλά οι δύο κλώνοι διαχωρίζονται εντελώς μεταξύ τους, όπως σε ένα μπουφάν.

Από την άλλη πλευρά, τα μόρια DNA πλασμιδίου, αν και σε ανοιχτό φερμουάρ, δεν διαχωρίζονται. Οι κυκλικές λωρίδες μπορούν εύκολα να βρουν τις ίδιες τις συμπληρωματικές βάσεις τους και να «επαναλάβουν» ένα κυκλικό δίκλωνο μόριο DNA πλασμιδίου, όταν το διάλυμα δεν είναι πλέον αλκαλικό. Αυτή είναι μια από τις μοναδικές ιδιότητες των πλασμιδίων, που τους επιτρέπουν να διαχωριστούν από το χρωμοσωμικό DNA. Με αυτόν τον τρόπο, το πλασμιδικό DNA με το επιθυμητό γονίδιο ενδιαφέροντος μπορεί να απομακρυνθεί και να διαχωριστεί από το κανονικό χρωμοσωμικό ϋΝΑ του βακτηρίου.

Ο ρόλος του οξικού νατρίου

Το νάτριο μπορεί επίσης να έχει τη μορφή οξικού νατρίου. Όπως το υδροξείδιο του νατρίου, το οξικό νάτριο χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στο διαχωρισμό του πλασμιδικού DNA από το χρωμοσωμικό DNA, αλλά με έναν πολύ διαφορετικό μηχανισμό και σε διαφορετικό χρόνο από τη διαδικασία εκχύλισης DNA.

Μονά κλώνα γραμμικού DNA είναι αδιάλυτα σε αλατούχα διαλύματα. Καταβυθίζονται σχηματίζοντας ένα στερεό.Η προσθήκη οξικού νατρίου σε διαλύματα απορρυπαντικού SDS σχηματίζει στερεά κυτταρικών υπολειμμάτων, καθώς και μετουσιωμένο χρωμοσωμικό γραμμικό DNA. Το κυκλικό πλασμιδικό DNA δεν είναι αδιάλυτο σε αλατούχα διαλύματα. Παραμένει στο διάλυμα, διαχωρίζοντας το επιθυμητό πλασμιδικό DNA από το υπόλοιπο DNA στο κύτταρο.

Το υδροξείδιο του νατρίου παρέχει τη βασική λύση για μετουσίωση και διαχωρισμό κλώνων DNA, τόσο πλασμιδίου όσο και χρωμοσωμικού. Μόλις το DNA δεν είναι πλέον στο αλκαλικό διάλυμα, μόνο το πλασμιδικό DNA μπορεί να ανασυγκροτηθεί. Για να διαχωριστεί το μετουσιωμένο και «ανοιχτό» χρωμοσωμικό ϋΝΑ από το μετουσιωμένο και «κλειστό» πλασμίδιο DNA, οξεικό νάτριο χρησιμοποιείται για την επιλεκτική καθίζηση του χρωμοσωμικού ϋΝΑ και άλλων κυτταρικών υπολειμμάτων μακριά από δίκλωνο πλασμιδικό DNA.

Ο ρόλος του νατρίου στην καθίζηση του DNA

Το καταβυθισμένο χρωμοσωμικό DNA και τα κυτταρικά συντρίμμια μπορούν να αφαιρεθούν από το διαλυτό πλασμιδικό DNA που βρίσκεται ακόμη στο διάλυμα μέσω φυγοκέντρησης, μια διαδικασία περιστροφής υψηλής ταχύτητας που αναγκάζει τα στερεά να ρίχνονται στον πυθμένα του σωλήνα με τη μορφή ενός μικρού σφαιριδίου , επιτρέποντας το διαχωρισμό του υγρού στην κορυφή, που περιέχει πλασμίδιο DNA.

Αυτό το πλασμιδικό DNA μπορεί στη συνέχεια να καθιζάνει με προσθήκη αλκοόλης και άλατος στο διάλυμα. Συχνά είναι επιθυμητό να καθιζάνει το πλασμιδικό DNA για να συγκεντρωθεί η ποσότητα του σε διάλυμα και να το επαναφέρει σε ένα διάλυμα που βοηθά στη σταθεροποίηση της χημικής του δομής. Το άλας που χρησιμοποιείται για την καθίζηση του πλασμιδικού DNA μπορεί να είναι χλωριούχο νάτριο ή οξικό νάτριο, για παράδειγμα, αλλά μπορεί επίσης να είναι οξικό αμμώνιο ή χλωριούχο λίθιο.

Το νάτριο είναι ένα θετικά φορτισμένο ιόν. Σε ένα διάλυμα χλωριούχου νατρίου - επιτραπέζιο αλάτι, για παράδειγμα -, το μόριο χλωριούχου νατρίου διαχωρίζεται σε ιόντα νατρίου και ιόντα χλωριδίου. Το DNA, από την άλλη πλευρά, φορτίζεται πολύ αρνητικά. Το υψηλό αρνητικό φορτίο του μορίου DNA εξουδετερώνεται από τα θετικά ιόντα νατρίου στο διάλυμα. Αυτή η εξουδετέρωση επιτρέπει στο DNA να καθιζάνει σε αλκοόλη. Χωρίς το άλας, το DNA παραμένει αρνητικά φορτισμένο και παραμένει στο υδατικό μέρος του διαλύματος.

Εάν αυτό το μείγμα φυγοκεντρείται, το καταβυθισμένο πλασμιδικό DNA θα μετατραπεί σε σφαιρίδιο στο κάτω μέρος του σωλήνα. Το υγρό τμήμα μπορεί να απομακρυνθεί και το DNA μπορεί στη συνέχεια να επανατοποθετηθεί σε διάλυμα, ή να επαναιωρηθεί σε διαφορετικό διάλυμα στην επιθυμητή συγκέντρωση.

Νάτριο ως μέρος του ρυθμιστικού διαλύματος

Το DNA επαναιωρείται συνήθως σε διάλυμα που περιέχει Tris και EDTA. Αυτό ονομάζεται ρυθμιστική λύση. Το EDTA (από τετραοξικό οξύ αιθυλενοδιαμίνης) είναι η χημική ουσία τετραοξικό οξύ αιθυλενοδιαμίνης, το οποίο συνήθως υπάρχει στο εργαστήριο ως άλας νατρίου, Na2C10H16N2O8. Τα ρυθμιστικά διαλύματα χρησιμοποιούνται για την πρόληψη δραστικών αλλαγών στο pH. Στην περίπτωση αυτή, το Tris / EDTA διατηρεί το DNA σε διάλυμα με pH μεταξύ 7,0 και 9,0.