Hvad får den dobbelte helix til at dreje i et DNA-billede?

Forestil dig, at du har to tynde tråde, hver ca. 3 1/4 fod lange, holdt sammen af ​​uddrag af et vandafvisende materiale for at danne en tråd. Forestil dig nu at montere den tråd i en vandfyldt beholder med et par mikrometer i diameter. Dette er de betingelser, som humant DNA står over for i en cellekerne. DNA's kemiske sammensætning sammen med proteins handlinger vrider DNA's to ydre kanter i en spiralform eller en helix, der hjælper DNA med at passe ind i en lille kerne.

Inden i en cellekerne er DNA et tæt viklet, trådlignende molekyle. Kerner og DNA-molekyler varierer i størrelse blandt skabninger og celletyper. I alle tilfælde forbliver en kendsgerning konsistent: strakt fladt ville en celles DNA være eksponentielt længere end dens kerne diameter. Rumbegrænsningerne kræver vridning for at gøre DNA'et mere kompakt, og kemi forklarer, hvordan vridningen sker.

DNA er et stort molekyle bygget af mindre molekyler med tre forskellige kemiske ingredienser: sukker, fosfat og nitrogenholdige baser. Sukker og fosfat er placeret på de ydre kanter af DNA-molekylet med baserne arrangeret mellem dem som trin på en stige. I betragtning af at væskerne i vores celler er vandbaserede, giver denne struktur mening: sukker og fosfat er begge hydrofile eller vandelskende, mens baserne er hydrofobe eller vandfrygtige.

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

Forestil dig nu et snoet reb i stedet for en stige. Vendingerne bringer strengene af rebet tæt sammen og efterlader lidt plads mellem dem. DNA-molekylet vrides ligeledes for at krympe mellemrummet mellem de hydrofobe baser på indersiden. Spiralformen afskrækker vand fra at flyde imellem dem og giver samtidig plads til atomerne for hver kemisk ingrediens kan passe uden at overlappe eller forstyrre.

Basernes hydrofobe reaktion er ikke den eneste kemiske begivenhed, der påvirker DNA's twist. De nitrogenholdige baser, der sidder overfor hinanden på DNA's to tråde, tiltrækker hinanden, men en anden tiltrækkende kraft, kaldet stablingskraften, er også i spil. Stablekraften tiltrækker baserne over eller under hinanden på samme streng. Duke University forskere har lært ved at syntetisere DNA-molekyler sammensat af kun en base, at hver base udøver en anden stablingskraft og derved bidrager til DNA's spiralform.

I nogle tilfælde kan proteiner få sektioner af DNA til at vikles endnu tættere og danne såkaldte superspoler. For eksempel skaber enzymer, der hjælper med DNA-replikation, yderligere vendinger, når de bevæger sig gennem DNA-strengen. Et protein kaldet 13S kondensin ser også ud til at bede superspoler i DNA lige før celledeling, afslørede en undersøgelse fra 1999 University of California, Berkeley. Forskere fortsætter med at undersøge disse proteiner i håb om yderligere at forstå vendingerne i DNA-dobbelthelixen.