Por que o sódio é usado na extração de DNA?

Escrito por robin wasserman | Traduzido por marina pastore
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Por que o sódio é usado na extração de DNA?
O sódio ajuda na extração de DNA (DNA image by Allyson Ricketts from Fotolia.com)

O DNA não flutua livremente dentro do núcleo das células. Ele é associado a uma série de proteínas diferentes e preso em uma membrana celular. Em células animais, o DNA também é contido por uma membrana nuclear. Para extrair o DNA de uma célula, as membranas e proteínas associadas devem, primeiro, ser removidas e depois fisicamente separadas do DNA. O sódio pode estar envolvido em diversas das etapas percorridas para atingir este objetivo.

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Sódio como detergente

O sódio é um elemento. Seu símbolo químico é Na, de Natrium, a palavra em latim para sódio. Ele é um íon positivo e frequentemente se associa a íons negativos para formar compostos úteis. Por exemplo, quando os íons de sódio são ligados a íons de cloro, eles formam o composto cloreto de sódio, que é o sal de cozinha comum.

Diversas formas diferentes de sódio são usadas na extração de DNA. O dodecil sulfato de sódio, ou SDS (do inglês "sodium dodecyl sulfate"), é um detergente que contém sódio. Ele tem a fórmula química de C12H25NaO4S, na qual Na simboliza o sódio. Os detergentes são usados para quebrar as paredes e membranas celulares. Eles funcionam quimicamente abrindo buracos nas membranas ou paredes das células.

Uma vez que os buracos foram abertos nas membranas, elas podem ser destruídas mecanicamente, como com um liquidificador. Depois disso, é mais fácil tirar os conteúdos da célula, incluindo o DNA.

Sódio como agente alcalino

O hidróxido de sódio é outro composto contendo sódio que é usado para extrair o DNA celular. A fórmula química do hidróxido de sódio é NaOH. Este composto é uma base. Uma solução de hidróxido de sódio é muito básica, ou alcalina. O hidróxido de sódio pode atuar afrouxando a estrutura rígida de uma parede ou membrana celular e, assim, libertando o DNA.

O hidróxido de sódio é mais frequentemente usado na extração do DNA plasmidial. O DNA plasmidial nas bactérias é geralmente num formato de anel no citoplasma, separado do DNA cromossômico do núcleo. Enquanto o DNA cromossômico programa as funções e processos celulares da bactéria, o DNA plasmidial é muitas vezes um DNA geneticamente modificado que codifica um gene ou genes específicos de interesse. Plasmídeos são ferramentas de pesquisa muito valiosas, e sua extração de células bacterianas é um procedimento de rotina em laboratórios.

Para separar o DNA cromossômico e o DNA fragmentado da bactéria do DNA plasmidial, o hidróxido de sódio é usado frequentemente. O DNA cromossômico e o fragmentado são lineares, enquanto o DNA plasmidial é circular. Quando a solução é básica – por exemplo, quando o hidróxido de sódio é adicionado –, moléculas de DNA de dupla cadeia se separam. Isto é conhecido como desnaturação. Suas bases complementares não são mais associadas umas às outras. É possível pensar nisso como os dois lados complementares de um zíper. Quando o DNA está em dupla cadeia, o zíper está fechado. Quando o DNA está desnaturado, o zíper não apenas está aberto, mas as duas fitas estão completamente separadas uma da outra, como numa jaqueta.

Por outro lado, as moléculas de DNA plasmidial, embora estejam como num zíper aberto, não estão separadas. As fitas circulares podem facilmente encontrar suas bases complementares e "renaturar-se" de volta numa molécula circular de DNA plasmidial de dupla cadeia, uma vez que a solução não esteja mais alcalina. Esta é uma das propriedades únicas dos plasmídeos, que permitem que eles sejam separados do DNA cromossômico. Deste modo, o DNA plasmidial com o gene de interesse desejado pode ser removido e separado do DNA cromossômico normal da bactéria.

O papel do acetato de sódio

O sódio também pode estar na forma de acetato de sódio. Assim como o hidróxido de sódio, o acetato de sódio é usado para ajudar a separar o DNA plasmidial do DNA cromossômico, mas por um mecanismo muito diferente e em um momento diferente do procedimento de extração de DNA.

Fitas únicas de DNA linear são insolúveis em soluções salinas. Elas precipitam, formando um sólido. Adicionar acetato de sódio a soluções de detergente SDS forma sólidos de detritos celulares, assim como DNA linear cromossômico desnaturado. O DNA plasmidial circular não é insolúvel em soluções salinas. Ele permanece na solução, separando o DNA plasmidial desejado do resto do DNA na célula.

O hidróxido de sódio fornece a solução básica para desnaturar e separar as fitas de DNA, tanto plasmidial, quanto cromossômico. Uma vez que o DNA não esteja mais na solução alcalina, apenas o DNA plasmidial pode se reagrupar. Para separar o DNA cromossômico desnaturado e "aberto" do DNA plasmidial renaturado e "fechado", o acetato de sódio é usado para precipitar seletivamente o DNA cromossômico e outros detritos celulares para longe do DNA plasmidial de dupla cadeia.

O papel do sódio na precipitação do DNA

O DNA cromossômico precipitado e os detritos celulares podem ser removidos do DNA plasmidial solúvel ainda na solução através da centrifugação, um processo de giro em alta velocidade que faz com que os sólidos sejam jogados para a parte de baixo do tubo na forma de uma pequena pastilha, permitindo que o líquido na parte de cima, contendo o DNA plasmidial, seja separado.

Este DNA plasmidial pode, então, ser precipitado adicionando-se um álcool e um sal à solução. Muitas vezes, é desejável precipitar o DNA plasmidial para concentrar sua quantidade em solução e para trazê-lo de volta a uma solução que ajude a estabilizar sua estrutura química. O sal usado para precipitar o DNA plasmidial pode ser o cloreto de sódio ou o acetato de sódio, por exemplo, mas também pode ser o acetato de amônio ou o cloreto de lítio.

O sódio é um íon positivamente carregado. Numa solução de cloreto de sódio – sal de cozinha, por exemplo –, a molécula de cloreto de sódio se separa em íons de sódio e íons de cloreto. O DNA, por outro lado, é altamente carregado negativamente. A alta carga negativa da molécula de DNA é neutralizada pelos íons positivos de sódio na solução. Esta neutralização permite que o DNA se precipite no álcool. Sem o sal, o DNA permanece carregado negativamente e mantém-se na parte aquosa da solução.

Se esta mistura for centrifugada, o DNA plasmidial precipitado vai virar uma pastilha no fundo do tubo. A porção líquida pode ser removida e o DNA pode, então, ser colocado de volta em solução, ou ressuspendido em uma solução diferente na concentração desejada.

Sódio como parte da solução tampão

O DNA é geralmente ressuspendido em uma solução contendo Tris e EDTA. Esta é chamada de solução tampão. O EDTA (do inglês Ethylenediamine tetraacetic acid) é a substância química ácido etilenodiamino tetra-acético, que geralmente existe no laboratório como um sal dissódico, Na2C10H16N2O8. As soluções tampão são usadas para evitar drásticas mudanças de pH; neste caso, o Tris/EDTA mantém o DNA numa solução com pH entre 7.0 e 9.0.

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