Co způsobuje zkroucení dvojité šroubovice v DNA obrázku?

Představte si, že máte dva tenké prameny, každý dlouhý asi 3 1/4 stopy, které drží pohromadě útržky vodoodpudivého materiálu a tvoří tak jedno vlákno. Nyní si představte, že tuto nit instalujete do nádoby naplněné vodou o průměru několika mikrometrů. To jsou podmínky, kterým lidská DNA čelí v buněčném jádru. Chemický makeup DNA spolu s účinky proteinů zkroutí dva vnější okraje DNA do tvaru spirály nebo šroubovice, které pomáhají DNA zapadnout do malého jádra.

V buněčném jádru je DNA pevně svinutá nitková molekula. Velikost jader a molekul DNA se u tvorů a typů buněk liší. V každém případě zůstává jedna skutečnost konzistentní: napnutá naplocho, DNA buňky by byla exponenciálně delší než průměr jejího jádra. Omezení prostoru vyžadují kroucení, aby byla DNA kompaktnější, a chemie vysvětluje, jak k kroucení dochází.

DNA je velká molekula vytvořená z menších molekul tří různých chemických složek: cukru, fosfátu a dusíkatých bází. Cukr a fosfát jsou umístěny na vnějších okrajích molekuly DNA a báze jsou mezi nimi uspořádány jako příčky žebříku. Vzhledem k tomu, že tekutiny v našich buňkách jsou na vodní bázi, má tato struktura smysl: cukr i fosfát jsou hydrofilní nebo milují vodu, zatímco báze jsou hydrofobní nebo se bojí vody.

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

Nyní si místo žebříku představte zkroucené lano. Zvraty přinášejí prameny lana těsně vedle sebe a ponechávají mezi nimi malý prostor. Molekula DNA se podobně otáčí, aby zmenšila mezery mezi hydrofobními bázemi uvnitř. Spirálový tvar odrazuje vodu od toku mezi nimi a současně ponechává prostor pro to, aby se atomy každé chemické přísady vešly, aniž by se překrývaly nebo zasahovaly.

Hydrofobní reakce bází není jedinou chemickou událostí, která ovlivňuje kroucení DNA. Dusíkaté báze, které se nacházejí naproti sobě na dvou vláknech DNA, se navzájem přitahují, ale ve hře je také další atraktivní síla zvaná stohovací síla. Stohovací síla přitahuje základny nad nebo pod sebou na stejném vlákně. Vědci z Duke University se naučili syntézou molekul DNA složených pouze z jedné báze, že každá základna vyvíjí jinou stohovací sílu, čímž přispívá ke spirálovitému tvaru DNA.

V některých případech mohou proteiny způsobit, že se části DNA stočí ještě těsněji a vytvoří takzvané supercoily. Například enzymy, které pomáhají při replikaci DNA, vytvářejí další kroucení, když procházejí řetězcem DNA. Zdá se také, že protein zvaný 13S kondenzin vyvolává supercoily v DNA těsně před buněčným dělením, odhalila studie z University of California v Berkeley z roku 1999. Vědci pokračují ve výzkumu těchto proteinů a doufají, že dále pochopí zvraty dvojité šroubovice DNA.