Zawartość
Wyobraź sobie, że masz dwa cienkie pasma, każde o długości około 3 1/4 stopy, utrzymywane razem przez urywki z materiału hydrofobowego w celu utworzenia jednej nici. A teraz wyobraź sobie, jak pasowałbyś do tego napełnionego wodą pojemnika o średnicy kilku mikrometrów. Są to warunki, przed którymi stoi ludzkie DNA w jądrze komórkowym. Makijaż chemiczny DNA, wraz z działaniem białek, skręca DNA dwie zewnętrzne krawędzie do spiralnego kształtu lub helisy, które pomagają dopasować DNA do małego jądra.
Rozmiar
W jądrze komórkowym DNA jest ściśle zwiniętą, nitkowatą cząsteczką. Jądra i cząsteczki DNA różnią się wielkością między stworzeniami i typami komórek. W każdym przypadku jeden fakt pozostaje spójny: rozciągnięty na płasko DNA komórki byłby wykładniczo dłuższy niż średnica jego jądra. Ograniczenia przestrzenne wymagają skręcenia, aby DNA było bardziej zwarte, a chemia wyjaśnia, jak to się dzieje.
Chemia
DNA jest dużą cząsteczką zbudowaną z mniejszych cząsteczek trzech różnych składników chemicznych: cukru, fosforanu i zasad azotowych. Cukier i fosforan znajdują się na zewnętrznych krawędziach cząsteczki DNA, a zasady są rozmieszczone między nimi jak szczeble drabiny. Biorąc pod uwagę, że płyny w naszych komórkach są oparte na wodzie, ta struktura ma sens: zarówno cukier, jak i fosforan są hydrofilowe lub lubią wodę, podczas gdy zasady są hydrofobowe lub obawiają się wody.
Struktura
••• Hemera Technologies / AbleStock.com / Getty ImagesTeraz zamiast drabiny wyobraź sobie skręconą linę. Skręty zbliżają pasma liny do siebie, pozostawiając niewiele miejsca między nimi. Cząsteczka DNA podobnie skręca się, aby zmniejszyć przestrzenie między hydrofobowymi zasadami w środku. Spiralny kształt zniechęca wodę do płynięcia między nimi, a jednocześnie pozostawia miejsce dla atomów każdego składnika chemicznego, aby pasowały bez nakładania się lub zakłócania.
Układanie
Reakcja hydrofobowa zasad nie jest jedynym zdarzeniem chemicznym, które wpływa na skręcenie DNA.Zasady azotowe, które leżą naprzeciw siebie w DNA, dwie nici przyciągają się nawzajem, ale gra także inna siła przyciągania, zwana siłą sztaplowania. Siła układania przyciąga podstawy powyżej lub poniżej siebie na tej samej nici. Badacze z Uniwersytetu Duke nauczyli się, syntetyzując cząsteczki DNA złożone tylko z jednej zasady, że każda zasada wywiera inną siłę stosową, przyczyniając się w ten sposób do kształtu spirali DNA.
Białka
W niektórych przypadkach białka mogą powodować, że odcinki DNA zwiną się jeszcze ściślej, tworząc tak zwane superskręty. Na przykład enzymy, które pomagają w replikacji DNA, powodują dodatkowe zwroty podczas podróży po nici DNA. Ponadto, białko zwane kondensacją 13S wydaje się pobudzać superskręty w DNA tuż przed podziałem komórek, jak wykazały badania z 1999 roku w University of California w Berkeley. Naukowcy kontynuują badania tych białek, mając nadzieję na dalsze zrozumienie zwrotów w podwójnej helisie DNA.