Inhoud

• Natrium als wasmiddel
• Natrium als alkalisch middel
• De rol van natriumacetaat
• De rol van natrium bij het neerslaan van DNA
• Natrium als onderdeel van de bufferoplossing

DNA zweeft niet vrij in de celkern. Het wordt geassocieerd met een aantal verschillende eiwitten en wordt opgesloten in een celmembraan. In dierlijke cellen zit DNA ook in een kernmembraan. Om DNA uit een cel te halen, moeten de membranen en bijbehorende eiwitten eerst worden verwijderd en vervolgens fysiek worden gescheiden van het DNA. Natrium kan een rol spelen bij verschillende stappen die worden ondernomen om dit doel te bereiken.

Natrium als wasmiddel

Natrium is een element. Het chemische symbool is Na, van Natrium, het Latijnse woord voor natrium. Het is een positief ion en wordt vaak geassocieerd met negatieve ionen om nuttige verbindingen te vormen. Wanneer natriumionen bijvoorbeeld aan chloorionen zijn gebonden, vormen ze de verbinding natriumchloride, het gewone keukenzout.

Bij de extractie van DNA worden verschillende vormen van natrium gebruikt. Natriumdodecylsulfaat, of SDS (van het Engelse "natriumdodecylsulfaat"), is een wasmiddel dat natrium bevat. Het heeft de chemische formule van C12H25NaO4S, waarin Na natrium symboliseert. Detergentia worden gebruikt om celwanden en membranen te breken. Ze werken chemisch door gaten in membranen of celwanden te openen.

Nadat de gaatjes in de membranen zijn geopend, kunnen ze mechanisch worden vernietigd, zoals bij een blender. Daarna is het gemakkelijker om de inhoud van de cel te nemen, inclusief DNA.

Natrium als alkalisch middel

Natriumhydroxide is een andere natriumhoudende verbinding die wordt gebruikt om cellulair DNA te extraheren. De chemische formule voor natriumhydroxide is NaOH. Deze verbinding is een basis. Een natriumhydroxide-oplossing is erg basisch of alkalisch. Natriumhydroxide kan werken door de starre structuur van een celwand of membraan los te maken en daardoor DNA vrij te maken.

Natriumhydroxide wordt meestal gebruikt om plasmide-DNA te extraheren. Plasmide-DNA in bacteriën is meestal ringvormig in het cytoplasma, gescheiden van het chromosomale DNA in de kern. Terwijl chromosomaal DNA de bacteriële celfuncties en processen programmeert, is plasmide-DNA vaak genetisch gemodificeerd DNA dat codeert voor een specifiek gen of genen van belang. Plasmiden zijn zeer waardevolle onderzoeksinstrumenten en de extractie van bacteriële cellen is een routineprocedure in laboratoria.

Om chromosomaal DNA en bacterieel gefragmenteerd DNA te scheiden van plasmide-DNA, wordt vaak natriumhydroxide gebruikt. Chromosomaal en gefragmenteerd DNA zijn lineair, terwijl plasmide-DNA circulair is. Als de oplossing basisch is - bijvoorbeeld als natriumhydroxide wordt toegevoegd - scheiden dubbelstrengige DNA-moleculen zich. Dit staat bekend als denaturatie. Hun complementaire bases zijn niet langer met elkaar verbonden. Je kunt het zien als de twee complementaire kanten van een ritssluiting. Als het DNA dubbelstrengs is, is de rits gesloten. Wanneer het DNA gedenatureerd is, is de rits niet alleen open, maar zijn de twee strengen volledig van elkaar gescheiden, zoals in een jasje.

Aan de andere kant zijn plasmide-DNA-moleculen, hoewel in een open rits, niet gescheiden. De cirkelvormige stroken kunnen gemakkelijk hun complementaire basen vinden en zichzelf terug "renatureren" tot een cirkelvormig dubbelstrengs plasmide-DNA-molecuul, zodra de oplossing niet langer alkalisch is. Dit is een van de unieke eigenschappen van plasmiden, waardoor ze kunnen worden gescheiden van chromosomaal DNA. Op deze manier kan plasmide-DNA met het gewenste gen van belang worden verwijderd en gescheiden van het normale chromosomale DNA van de bacterie.

De rol van natriumacetaat

Natrium kan ook in de vorm van natriumacetaat zijn. Net als natriumhydroxide wordt natriumacetaat gebruikt om plasmide-DNA te scheiden van chromosomaal DNA, maar door een heel ander mechanisme en op een ander tijdstip dan de DNA-extractieprocedure.

Unieke strengen lineair DNA zijn onoplosbaar in zoutoplossingen. Ze slaan neer en vormen een vaste stof.Door natriumacetaat aan SDS-detergentoplossingen toe te voegen, worden vaste celresten gevormd, evenals gedenatureerd chromosomaal lineair DNA. Circulair plasmide-DNA is niet onoplosbaar in zoutoplossingen. Het blijft in de oplossing en scheidt het gewenste plasmide-DNA van de rest van het DNA in de cel.

Natriumhydroxide biedt de basisoplossing voor het denatureren en scheiden van DNA-strengen, zowel plasmide als chromosomaal. Als het DNA zich niet langer in de alkalische oplossing bevindt, kan alleen het plasmide-DNA hergroeperen. Om gedenatureerd en "open" chromosomaal DNA te scheiden van renatureerd en "gesloten" plasmide-DNA, wordt natriumacetaat gebruikt om selectief chromosomaal DNA en ander cellulair afval weg te laten van dubbelstrengs plasmide-DNA.

De rol van natrium bij het neerslaan van DNA

Het geprecipiteerde chromosomale DNA en celresten kunnen worden verwijderd uit het oplosbare plasmide-DNA dat zich nog in de oplossing bevindt door middel van centrifugatie, een snel spinproces dat ervoor zorgt dat de vaste stoffen naar de bodem van de buis worden gegooid in de vorm van een kleine pellet. , waardoor de vloeistof aan de bovenkant, die plasmide-DNA bevat, kan worden gescheiden.

Dit plasmide-DNA kan vervolgens worden geprecipiteerd door een alcohol en zout aan de oplossing toe te voegen. Het is vaak wenselijk om plasmide-DNA neer te slaan om zijn hoeveelheid in oplossing te concentreren en om het terug te brengen tot een oplossing die helpt om zijn chemische structuur te stabiliseren. Het zout dat wordt gebruikt om plasmide-DNA neer te slaan kan bijvoorbeeld natriumchloride of natriumacetaat zijn, maar het kan ook ammoniumacetaat of lithiumchloride zijn.

Natrium is een positief geladen ion. In een natriumchlorideoplossing - bijvoorbeeld keukenzout - scheidt het natriumchloridemolecuul zich in natriumionen en chloride-ionen. DNA daarentegen is sterk negatief geladen. De hoge negatieve lading van het DNA-molecuul wordt geneutraliseerd door de positieve natriumionen in de oplossing. Door deze neutralisatie kan het DNA in alcohol neerslaan. Zonder het zout blijft het DNA negatief geladen en blijft het in het waterige deel van de oplossing.

Als dit mengsel wordt gecentrifugeerd, verandert het neergeslagen plasmide-DNA in een pellet op de bodem van de buis. Het vloeibare deel kan worden verwijderd en het DNA kan vervolgens weer in oplossing worden gedaan, of opnieuw worden gesuspendeerd in een andere oplossing met de gewenste concentratie.

Natrium als onderdeel van de bufferoplossing

DNA wordt gewoonlijk geresuspendeerd in een oplossing die Tris en EDTA bevat. Dit wordt een bufferoplossing genoemd. EDTA (van ethyleendiaminetetraazijnzuur) is de chemische stof ethyleendiaminetetraazijnzuur, die in het laboratorium meestal voorkomt als een dinatriumzout, Na2C10H16N2O8. Bufferoplossingen worden gebruikt om drastische veranderingen in pH te voorkomen; in dit geval houdt Tris / EDTA het DNA in een oplossing met een pH tussen 7,0 en 9,0.