Inhalt

• Natrium als Waschmittel
• Natrium als alkalisches Mittel
• Die Rolle von Natriumacetat
• Die Rolle von Natrium bei der Fällung von DNA
• Natrium als Teil der Pufferlösung

DNA schwebt nicht frei im Zellkern. Es ist mit einer Reihe verschiedener Proteine ​​assoziiert und in einer Zellmembran eingeschlossen. In tierischen Zellen ist DNA auch in einer Kernmembran enthalten. Um DNA aus einer Zelle zu extrahieren, müssen zuerst die Membranen und zugehörigen Proteine ​​entfernt und dann physikalisch von der DNA getrennt werden. Natrium kann an mehreren Schritten beteiligt sein, die zur Erreichung dieses Ziels unternommen werden.

Natrium als Waschmittel

Natrium ist ein Element. Sein chemisches Symbol ist Na aus Natrium, dem lateinischen Wort für Natrium. Es ist ein positives Ion und verbindet sich oft mit negativen Ionen, um nützliche Verbindungen zu bilden. Wenn beispielsweise Natriumionen an Chlorionen gebunden sind, bilden sie die Verbindung Natriumchlorid, die das übliche Tafelsalz ist.

Bei der Extraktion von DNA werden verschiedene Formen von Natrium verwendet. Natriumdodecylsulfat oder SDS (vom englischen "Natriumdodecylsulfat") ist ein Waschmittel, das Natrium enthält. Es hat die chemische Formel von C12H25NaO4S, in der Na Natrium symbolisiert. Reinigungsmittel werden verwendet, um Zellwände und Membranen zu brechen. Sie arbeiten chemisch, indem sie Löcher in Membranen oder Zellwänden öffnen.

Sobald die Löcher in den Membranen geöffnet wurden, können sie wie bei einem Mixer mechanisch zerstört werden. Danach ist es einfacher, den Inhalt der Zelle einschließlich der DNA zu entnehmen.

Natrium als alkalisches Mittel

Natriumhydroxid ist eine weitere natriumhaltige Verbindung, die zur Extraktion von zellulärer DNA verwendet wird. Die chemische Formel für Natriumhydroxid lautet NaOH. Diese Verbindung ist eine Base. Eine Natriumhydroxidlösung ist sehr basisch oder alkalisch. Natriumhydroxid kann wirken, indem es die starre Struktur einer Zellwand oder Membran löst und dadurch DNA freisetzt.

Natriumhydroxid wird am häufigsten zur Extraktion von Plasmid-DNA verwendet. Plasmid-DNA in Bakterien ist normalerweise im Zytoplasma ringförmig, getrennt von der chromosomalen DNA im Kern. Während chromosomale DNA die Funktionen und Prozesse der Bakterienzellen programmiert, ist Plasmid-DNA häufig genetisch veränderte DNA, die ein bestimmtes Gen oder Gene von Interesse codiert. Plasmide sind sehr wertvolle Forschungsinstrumente, und ihre Extraktion von Bakterienzellen ist in Laboratorien ein Routineverfahren.

Um chromosomale DNA und bakteriell fragmentierte DNA von Plasmid-DNA zu trennen, wird häufig Natriumhydroxid verwendet. Chromosomale und fragmentierte DNA sind linear, während Plasmid-DNA zirkulär ist. Wenn die Lösung basisch ist - beispielsweise wenn Natriumhydroxid zugesetzt wird - trennen sich doppelsträngige DNA-Moleküle. Dies ist als Denaturierung bekannt. Ihre komplementären Basen sind nicht mehr miteinander verbunden. Sie können es sich als die beiden komplementären Seiten eines Reißverschlusses vorstellen. Wenn die DNA doppelsträngig ist, ist der Reißverschluss geschlossen. Wenn die DNA denaturiert ist, ist der Reißverschluss nicht nur offen, sondern die beiden Stränge sind wie bei einer Jacke vollständig voneinander getrennt.

Andererseits werden Plasmid-DNA-Moleküle, obwohl sie sich in einem offenen Reißverschluss befinden, nicht getrennt. Die kreisförmigen Streifen können leicht ihre komplementären Basen finden und sich wieder in ein kreisförmiges doppelsträngiges Plasmid-DNA-Molekül "renaturieren", sobald die Lösung nicht mehr alkalisch ist. Dies ist eine der einzigartigen Eigenschaften von Plasmiden, die es ermöglichen, sie von chromosomaler DNA zu trennen. Auf diese Weise kann Plasmid-DNA mit dem gewünschten interessierenden Gen entfernt und von der normalen chromosomalen DNA des Bakteriums getrennt werden.

Die Rolle von Natriumacetat

Natrium kann auch in Form von Natriumacetat vorliegen. Wie Natriumhydroxid wird Natriumacetat verwendet, um die Trennung von Plasmid-DNA von chromosomaler DNA zu unterstützen, jedoch nach einem ganz anderen Mechanismus und zu einem anderen Zeitpunkt als beim DNA-Extraktionsverfahren.

Einzelne Stränge linearer DNA sind in Salzlösungen unlöslich. Sie fallen aus und bilden einen Feststoff.Die Zugabe von Natriumacetat zu SDS-Waschmittellösungen bildet Zelltrümmerfeststoffe sowie denaturierte chromosomale lineare DNA. Zirkuläre Plasmid-DNA ist in Salzlösungen nicht unlöslich. Es verbleibt in der Lösung und trennt die gewünschte Plasmid-DNA vom Rest der DNA in der Zelle.

Natriumhydroxid liefert die basische Lösung zur Denaturierung und Trennung von DNA-Strängen, sowohl von Plasmiden als auch von Chromosomen. Sobald sich die DNA nicht mehr in der alkalischen Lösung befindet, kann sich nur die Plasmid-DNA neu gruppieren. Um denaturierte und "offene" chromosomale DNA von renaturierter und "geschlossener" Plasmid-DNA zu trennen, wird Natriumacetat verwendet, um chromosomale DNA und andere Zelltrümmer selektiv von doppelsträngiger Plasmid-DNA wegzufällen.

Die Rolle von Natrium bei der Fällung von DNA

Die ausgefällte chromosomale DNA und Zelltrümmer können durch Zentrifugation aus der noch in der Lösung befindlichen löslichen Plasmid-DNA entfernt werden. Dies ist ein Hochgeschwindigkeits-Spinnprozess, bei dem die Feststoffe in Form einer kleinen Tablette auf den Boden des Röhrchens geworfen werden Dadurch kann die Flüssigkeit oben, die Plasmid-DNA enthält, abgetrennt werden.

Diese Plasmid-DNA kann dann durch Zugabe von Alkohol und Salz zu der Lösung ausgefällt werden. Es ist oft wünschenswert, Plasmid-DNA auszufällen, um ihre Menge in Lösung zu konzentrieren und sie zu einer Lösung zurückzubringen, die zur Stabilisierung ihrer chemischen Struktur beiträgt. Das zur Fällung der Plasmid-DNA verwendete Salz kann beispielsweise Natriumchlorid oder Natriumacetat sein, es kann aber auch Ammoniumacetat oder Lithiumchlorid sein.

Natrium ist ein positiv geladenes Ion. In einer Natriumchloridlösung - zum Beispiel Tafelsalz - trennt sich das Natriumchloridmolekül in Natriumionen und Chloridionen. DNA ist dagegen stark negativ geladen. Die hohe negative Ladung des DNA-Moleküls wird durch die positiven Natriumionen in der Lösung neutralisiert. Durch diese Neutralisation kann die DNA in Alkohol ausfallen. Ohne das Salz bleibt die DNA negativ geladen und verbleibt im wässrigen Teil der Lösung.

Wenn diese Mischung zentrifugiert wird, verwandelt sich die ausgefällte Plasmid-DNA am Boden des Röhrchens in ein Pellet. Der flüssige Teil kann entfernt werden und die DNA kann dann wieder in Lösung gebracht oder in einer anderen Lösung in der gewünschten Konzentration resuspendiert werden.

Natrium als Teil der Pufferlösung

DNA wird normalerweise in einer Lösung resuspendiert, die Tris und EDTA enthält. Dies wird als Pufferlösung bezeichnet. EDTA (aus Ethylendiamintetraessigsäure) ist die chemische Substanz Ethylendiamintetraessigsäure, die im Labor üblicherweise als Dinatriumsalz Na2C10H16N2O8 vorliegt. Pufferlösungen werden verwendet, um drastische Änderungen des pH-Werts zu verhindern. In diesem Fall hält Tris / EDTA die DNA in einer Lösung mit einem pH zwischen 7,0 und 9,0.