¿Por qué se utiliza sodio en la extracción de ADN?

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Creatas Images/Creatas/Getty Images

El ADN no flota libremente dentro del núcleo de una célula. Está asociado con un gran variedad de proteínas y está revestido en una membrana celular. En las células animales, el ADN también está contenido en una membrana nuclear. Para poder extraer el ADN de una célula, primero deben retirarse las membranas y proteínas asociadas, y después separarse de manera física del ADN. El sodio puede estar dentro de muchos de los pasos para lograr esta meta.

Sodio como detergente

El sodio es un elemento. Su símbolo químico es Na por Natrium, la palabra en latín para el sodio. Es un ion positivo y a menudo se asocia con iones negativos como parte de compuestos prácticos. Por ejemplo, cuando los iones del sodio se unen con los iones del cloro, hacen el compuesto cloruro de sodio, que es la sal de mesa.

Se usan diferentes formas de sodio en la extracción de ADN. El dodecilsulfato sódico, o SDS, es un detergente que contiene sodio. Tiene la fórmula química de C12H25NaO4S, donde Na es sodio. Los detergentes se usan para romper las paredes y membranas celulares. Trabajan al golpear químicamente agujeros en las membranas o pareces celulares.

Una vez que los agujeros se golpean en las membranas, éstas pueden deshacerse mecánicamente, como con una licuadora. Después de eso, es más fácil obtener los contenidos de la célula, incluido el ADN.

Sodio como agente alcalino

El hidróxido de sodio es otro compuesto que contiene sodio que se utiliza para extrar el ADN de una célula. La fórmula química es NaOH. El hidróxido de sodio es una base. Una solución de hidróxido de sodio hace la solución muy básica o alcalina. El hidróxido de sodio puede actuar al aflojar la estructura rígida de una pared o membrana celular, por lo tanto libera el ADN.

El hidróxido de sodio se usa más a menudo en la extracción de ADN plásmido. El ADN plásmido en bacterias por lo general existe en forma de aro en el citoplasma, separado del ADN cromosómico en el núcleo. Aunque el ADN cromosómico programa las funciones y procesos de la célula, el ADN plásmido a menudo es un ADN creado por ingeniería genética que codifica un gen o genes específicos de interés. Los plásmidos son herramientas de investigación muy valiosos y su extracción de células bacteriales es un procedimiento rutinario de laboratorio.

A menudo se usa el hidróxido de sodio para separar el ADN cromosómico bacteriano y el ADN compartido del ADN plásmido. El ADN cromosómico y el ADN compartido son lineares, mientras que el el ADN plásmido es circular. Cuando la solución es básica, por ejemplo, cuando se añade hidróxido de sodio, se separan las moléculas de doble cadena del ADN. Esto se conoce como denaturación. Sus bases complementarias ya no se asocian entre ellas. Esto se puede pensar como los dos lados complementarios de una bragueta. Cuando el ADN es de doble cadena, la bragueta está cerrada. Cuando el ADN esta separado, la bragueta no solo está abierta, sino que también las dos cadenas están completamente separadas una de la otra, como en una chaqueta.

Por otro lado, las moléculas de ADN plásmido, aunque están abiertas, no están separadas. Las cadenas circulares pueden encontrar fácilmente sus cadenas complementarias y volverse de nuevo una molécula de ADN plásmido de doble cadena una vez que la solución ya no es alcalina. Esta es una de las propiedades únicas de los plásmidos que les permiten estar separados del ADN cromosómico. De esta forma, el ADN plásmido con el gen de interés deseado puede retirarse y separarse del ADN cromosómico bacteriano regular.

Rol del acetato de sodio

El sodio también puede estar en forma de acetato de sodio. Como el hidróxido de sodio, el acetato de sodio se usa para separar el ADN plásmido del ADN cromosómico, pero por medio de un mecanismo muy diferente y en una parte diferente del procedimiento de extracción de ADN.

Las cadenas simples del ADN linear son insolubles en sales altas. Se precipitan y forman un sólido. Añadir acetato de sodio a soluciones de detergentes con SDS forma sólidos de restos celulares así como ADN cromosómico linear. El ADN plásmido circular no es insoluble en sales altas. El ADN plásmido permanecerá en la solución, y de esa forma separa el ADN plásmido deseado del resto del ADN en la célula.

El hidróxido de sodio provee la solución básica para denaturar y abrir las cadenas de ADN, tanto el plásmido como el cromosómico. Una vez que el ADN ya no es una solución alcalina, sólo el ADN plásmido puede volver a cerrarse. Para poder separar el ADN cromosómico abierto del ADN plásmido cerrado, se usa acetato de sodio para precipitar selectivamente el ADN cromosomal y alejar otros restos celulares del ADN plásmido de la doble cadena deseada.

Rol del sodio en la precipitación del ADN

El ADN cromosómico precipitado y los restos celulares se pueden retirar del ADN plásmido soluble en una solución por medio de la centrifugación, un proceso donde gira a alta velocidad que causa que los sólidos entren en el fondo de un tubo como un perdigón, lo que permite que se separe el líquido arriba con el ADN plásmido.

Este ADN plásmido puede precipitarse de la solución al añadir un alcohol y una sal. A menudo es deseable precipitar el ADN plásmido para poder concentrar su cantidad en solución y para poder llevarlo de regreso a una solución que estabiliza su estructura química. La sal que se utiliza para precipitar el ADN plásmido puede ser cloruro de sodio o acetato de sodio, por ejemplo, pero también puede ser acetato de amoniaco o cloruro de litio.

El sodio es un ion cargado positivamente. En una solución de cloruro de sodio, la mesa de sal, por ejemplo, la molécula de cloruro de sodio se separa en iones de sodio y iones de cloro. El ADN, por otro lado, tiene altas cargas negativas. La carga altamente negativa de la molécula de ADN es neutralizada por los iones de sodio positivos en la solución. Esta neutralización de cargas negativas de ADN permite que se precipite en alcohol. Sin la sal, el ADN permanece cargado negativamente y estará en la parte acuosa de la solución.

Si esta mezcla se centrifuga, el ADN plásmido precipitado se volverá un perdigón en el fondo del tubo. La porción de agua puede retirarse y el ADN puede regresar a la solución, o resuspenderse, en una solución diferente en la concentración deseada.

Sodio como parte de la solución amortiguadora

El ADN normalmente se resuspende en una solución que contenga Tris y EDTA. Esto se llama solución amortiguadora. EDTA (por sus siglas en inglés) significa ácido etilendiaminotetraacético, y por lo general está en el laboratorio como una sal disódica, Na2C10H16N2O8. Los amortiguadores se usan para prevenir cambios drásticos del pH, y en este caso, la solución Tris/EDTA mantiene el ADN en una solución con un rango de pH alrededor de 7.0 a 9.0.