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DNAは細胞核内を自由に浮遊しません。それは多くの異なるタンパク質と関連し、細胞膜に閉じ込められます。動物細胞では、DNAも核膜に含まれています。細胞からDNAを抽出するには、まず膜と関連タンパク質を除去してから、DNAから物理的に分離する必要があります。ナトリウムは、この目標を達成するために取られるいくつかのステップに関与している可能性があります。
洗剤としてのナトリウム
ナトリウムは元素です。その化学記号は、ナトリウムを表すラテン語のナトリウムであるNaです。それは陽イオンであり、しばしば陰イオンと会合して有用な化合物を形成します。たとえば、ナトリウムイオンが塩素イオンに結合すると、一般的な食卓塩である塩化ナトリウムという化合物が形成されます。
DNAの抽出には、いくつかの異なる形のナトリウムが使用されます。ドデシル硫酸ナトリウム、またはSDS（英語の「ドデシル硫酸ナトリウム」から）は、ナトリウムを含む洗剤です。化学式はC12H25NaO4Sで、Naはナトリウムを表します。洗剤は細胞壁や膜を破壊するために使用されます。それらは、膜または細胞壁に穴を開けることによって化学的に機能します。
メンブレンに穴が開いたら、ブレンダーと同様に機械的に破壊することができます。その後、DNAを含む細胞の内容物を取りやすくなります。
アルカリ剤としてのナトリウム
水酸化ナトリウムは、細胞DNAの抽出に使用される別のナトリウム含有化合物です。水酸化ナトリウムの化学式はNaOHです。この化合物はベースです。水酸化ナトリウム溶液は非常に塩基性またはアルカリ性です。水酸化ナトリウムは、細胞壁または膜の硬い構造を緩め、それによってDNAを放出することによって機能します。
水酸化ナトリウムは、プラスミドDNAの抽出に最もよく使用されます。細菌のプラスミドDNAは通常、核の染色体DNAとは別に、細胞質内でリング状になっています。染色体DNAは細菌細胞の機能とプロセスをプログラムしますが、プラスミドDNAは特定の1つまたは複数の目的の遺伝子をコードする遺伝子組み換えDNAであることがよくあります。プラスミドは非常に貴重な研究ツールであり、細菌細胞の抽出は実験室での日常的な手順です。
染色体DNAおよび細菌の断片化DNAをプラスミドDNAから分離するために、水酸化ナトリウムが頻繁に使用されます。染色体DNAと断片化DNAは直線的ですが、プラスミドDNAは環状です。溶液が塩基性である場合-たとえば水酸化ナトリウムが添加される場合-二本鎖DNA分子は分離します。これは変性と呼ばれます。それらの相補的な塩基は、もはや互いに関連付けられていません。ジッパーの2つの補完的な側面と考えることができます。 DNAが二本鎖になると、ジッパーが閉じます。 DNAが変性すると、ジッパーが開くだけでなく、2つのストランドがジャケットのように完全に分離されます。
一方、プラスミドDNA分子は、ジッパーが開いていても分離されません。溶液がアルカリ性でなくなると、環状ストリップは相補的な塩基を簡単に見つけ、「復元」して環状二本鎖プラスミドDNA分子に戻すことができます。これは、プラスミドの独特の特性の1つであり、染色体DNAから分離することができます。このようにして、目的の所望の遺伝子を有するプラスミドDNAを除去し、細菌の正常な染色体DNAから分離することができます。
酢酸ナトリウムの役割
ナトリウムは酢酸ナトリウムの形でもあり得る。水酸化ナトリウムと同様に、酢酸ナトリウムは染色体DNAからプラスミドDNAを分離するために使用されますが、DNA抽出手順とは非常に異なるメカニズムと異なるタイミングで使用されます。
線状DNAの一本鎖は生理食塩水に不溶です。それらは沈殿し、固体を形成する。酢酸ナトリウムをSDS洗剤溶液に加えると、細胞破片固形物と変性した染色体の線状DNAが形成されます。環状プラスミドDNAは食塩水に不溶ではありません。それは溶液中に残り、細胞内の残りのDNAから目的のプラスミドDNAを分離します。
水酸化ナトリウムは、プラスミドと染色体の両方のDNA鎖を変性および分離するための基本的なソリューションを提供します。 DNAがアルカリ溶液に存在しなくなると、プラスミドDNAのみが再グループ化できます。変性した「開いた」染色体DNAを再生した「閉じた」プラスミドDNAから分離するには、酢酸ナトリウムを使用して、二本鎖プラスミドDNAから染色体DNAおよびその他の細胞破片を選択的に沈殿させます。
DNAの沈殿におけるナトリウムの役割
沈殿した染色体DNAと細胞破片は、遠心分離、つまり固体を小さな錠剤の形でチューブの底に落とす高速回転プロセスにより、溶液中にまだ残っている可溶性プラスミドDNAから取り除くことができます。 、プラスミドDNAを含む上部の液体を分離できます。
このプラスミドDNAは、アルコールと塩を溶液に加えることで沈殿させることができます。多くの場合、プラスミドDNAを沈殿させてその量を溶液に濃縮し、化学構造の安定化に役立つ溶液に戻します。プラスミドDNAを沈殿させるために使用される塩は、例えば、塩化ナトリウムまたは酢酸ナトリウムであり得るが、それはまた、酢酸アンモニウムまたは塩化リチウムであり得る。
ナトリウムは正に帯電したイオンです。塩化ナトリウム溶液（たとえば、食塩）では、塩化ナトリウム分子がナトリウムイオンと塩化物イオンに分離します。一方、DNAは非常に負に帯電しています。 DNA分子の高い負電荷は、溶液中の正のナトリウムイオンによって中和されます。この中和により、DNAはアルコール中で沈殿します。塩がなければ、DNAは負に帯電したままで、溶液の水性部分に残ります。
この混合物を遠心分離すると、沈殿したプラスミドDNAがチューブの底でペレットになります。液体部分を除去して、DNAを溶液に戻すか、目的の濃度で別の溶液に再懸濁します。
緩衝液の一部としてのナトリウム
DNAは通常TrisとEDTAを含む溶液に再懸濁します。これは緩衝液と呼ばれます。 EDTA（エチレンジアミン四酢酸）は、エチレンジアミン四酢酸という化学物質で、通常、実験室では二ナトリウム塩Na2C10H16N2O8として存在します。緩衝液は、pHの急激な変化を防ぐために使用されます。この場合、Tris / EDTAはDNAをpH 7.0〜9.0の溶液に保持します。
