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Ordinairement, chaque molécule d'ADN à l'intérieur de vos cellules contient deux brins reliés par des interactions appelées liaisons hydrogène. Un changement de conditions peut toutefois "dénaturer" l'ADN et provoquer la séparation de ces brins. L'ajout de bases fortes, comme NaOH, augmente considérablement le pH, réduisant ainsi la concentration en ions hydrogène de la solution et dénaturant l'ADN double brin.
Effets du pH
La concentration en ions hydroxyde et le pH ont une corrélation directe, ce qui signifie que plus le pH est élevé, plus la concentration en hydroxyde est élevée. De même, plus la concentration en ions hydrogène diminue. À pH élevé, la solution est donc riche en ions hydroxyde, et ces ions chargés négativement peuvent extraire les ions hydrogène de molécules telles que les paires de bases de l'ADN. Ce processus perturbe la liaison hydrogène qui maintient les deux brins d’ADN ensemble, les faisant se séparer.
ARN vs. ADN
Contrairement à l'ARN, l'ADN n'a pas de groupe hydroxyle sur la position 2 dans chaque groupe de sucre. Cette différence rend l’ADN beaucoup plus stable en solution alcaline. Dans l'ARN, le groupe hydroxyle en position 2 peut céder un ion hydrogène à la solution à pH élevé, créant un ion alkoxyde hautement réactif qui attaque le groupe phosphate qui contient deux nucléotides voisins. L'ADN ne souffre pas de ce défaut et bénéficie donc d'une stabilité remarquable à pH élevé.
Lyse alcaline
Les biologistes moléculaires ont souvent recours à la dénaturation alcaline pour isoler l'ADN plasmidique de bactéries. Les plasmides sont de petites boucles d’ADN séparées du chromosome bactérien. Dans un miniprep à lyse alcaline, les biologistes ajoutent du détergent et de l'hydroxyde de sodium aux bactéries en suspension dans la solution. Le détergent dissout la membrane cellulaire bactérienne tandis que l'hydroxyde de sodium augmente le pH et rend la solution hautement alcaline. Lorsque les cellules brisées libèrent leur contenu, l'ADN à l'intérieur se sépare en ses brins constitutifs, ou dénatus.
Reannealing
Une fois que le biologiste extrait l'ADN de la cellule, il ajoute un autre réactif pour ramener la solution à un pH plus neutre et précipiter le détergent. La modification du pH permet aux brins plasmidiques de se reconstituer; le chromosome volumineux ne peut cependant pas en faire autant, de sorte que le biologiste peut l'enlever en même temps que le détergent, les protéines dénaturées et d'autres déchets divers, laissant ainsi le plasmide. La lyse alcaline ne purifie pas complètement l'ADN plasmidique; c'est plutôt un moyen "rapide et sale" de l'extraire de la cellule et d'éliminer la plupart des autres contaminants.