Какво причинява двойната спирала да се изкриви в ДНК картина?

Представете си, че имате две тънки нишки, всяка с дължина около 3 1/4 фута, държани заедно от фрагменти от водоотблъскващ материал, за да образуват една нишка. Сега си представете да монтирате тази нишка във воден контейнер с диаметър няколко микрометра. Това са условията, пред които е изправена човешката ДНК в клетъчното ядро. Химичният състав на ДНК, заедно с действията на протеините, усукват двата външни ръба на ДНК в спирална форма или спирала, които помагат на ДНК да се впише в малко ядро.

В клетъчното ядро ​​ДНК е плътно навита, подобна на нишка молекула. Ядрата и ДНК молекулите се различават по размер между същества и типове клетки. Във всеки случай един факт остава последователен: опъната плоска, ДНК на клетката би била експоненциално по-дълга от диаметъра на нейното ядро. Пространствените ограничения изискват усукване, за да направят ДНК по-компактна, а химията обяснява как става усукването.

ДНК е голяма молекула, изградена от по-малки молекули от три различни химични съставки: захар, фосфат и азотни основи. Захарта и фосфатът са разположени по външните ръбове на ДНК молекулата, като основите са разположени между тях като стъпалата на стълба. Като се има предвид, че течностите в нашите клетки са на водна основа, тази структура има смисъл: захарта и фосфатът са едновременно хидрофилни или водолюбиви, докато основите са хидрофобни или се страхуват от вода.

•••Hemera Technologies / AbleStock.com / Getty Images

Сега вместо стълба си представете усукано въже. Извивките сближават нишките на въжето, оставяйки малко пространство между тях. По подобен начин ДНК молекулата се усуква, за да свие пространствата между хидрофобните основи отвътре. Спиралната форма обезкуражава водата да тече между тях и в същото време оставя място атомите на всяка химическа съставка да се поберат, без да се припокриват или да се намесват.

Хидрофобната реакция на основите не е единственото химично събитие, което влияе върху обрата на ДНК. Азотните основи, разположени една срещу друга на двете нишки на ДНК, се привличат, но друга действаща сила, наречена сила на подреждане, също играе роля. Силата на подреждане привлича основите една над друга под или върху една и съща нишка. Изследователите от университета Дюк са научили чрез синтезиране на ДНК молекули, съставени само от една основа, че всяка основа упражнява различна сила на подреждане, като по този начин допринася за спиралната форма на ДНК.

В някои случаи протеините могат да накарат участъци от ДНК да се навиват още по-плътно, образувайки така наречените суперспирали. Например, ензимите, които подпомагат репликацията на ДНК, създават допълнителни обрати, докато пътуват по ДНК веригата. Също така, протеин, наречен 13S кондензин, изглежда предизвиква суперспирали в ДНК непосредствено преди клетъчното делене, разкрива проучване през 1999 г. в Калифорнийския университет в Бъркли. Учените продължават да изследват тези протеини с надеждата да разберат допълнително обратите в двойната спирала на ДНК.