2006年12月29日 星期五

酒精沈澱的原理

有同學問酒精沈澱的原理,
我想,根據我累積數年來教學的經驗,
這位同學應該是想要知道酒精沈澱DNA(去氧核糖核酸)的原理

DNA是雙股螺旋結構,含氮鹼基(nitrogenous base)在螺旋的中心,
帶負電的磷酸根則在螺旋的外圍 與周遭的水溶液接觸。
所以DNA是可溶於水的,但是對於有機溶劑的溶解度卻不是很高。

但是,如果直接把酒精加進去,只有少數DNA會沈澱,
那是因為乙醇(也就是酒精)有-OH基,-OH基是帶極性的,
而乙醇的乙基又不夠大,所以酒精本身還是有一點極性。

所以(重點來了),為了要有效率的沈澱DNA,
酒精沈澱的步驟是這樣做的:

一、先加入帶正電的鹽類(常用的是醋酸鈉,sodium acetate),而且要加到最後
的濃度是0.3M,如此一來帶正電的離子才會把DNA周圍帶負電的磷酸根都包起來。
所以,在實驗室裡面我們用3M的醋酸鈉,加入反應總體積的十分之一(這樣就是
0.3M了)。這麼一來,DNA就由帶負電變成不帶電,他的極性就降低了。

二、再加入三到四倍體積的絕對酒精(不含水的酒精)或是95%酒精。它的作用
是降低溶液中水的濃度,如此一來,原本DNA的陰電性被中和後,對水的溶解度
已經降低,這時再加入大量的酒精,使水的濃度驟然由原來的百分之二十五降到
百分之二十,DNA自然就沈澱啦!

在加入酒精以後,如果把整個試管放在冰上或是放到更低的溫度(冷凍庫),則可以
加速DNA的沈澱,因為物質在低溫時的溶解度一定比高溫的時候較低。因為DNA的陰
電性必須先被中和,所以一定要先加帶正電的鹽類,再加酒精,如果順序相反沈澱的
效果就會很糟喔!