Φανταστείτε ότι έχετε δύο λεπτά σκέλη, το καθένα μήκους περίπου 3 1/4 ποδιών, συγκρατημένα μαζί με αποσπάσματα από ένα υδατοαπωθητικό υλικό για να σχηματίσουν ένα νήμα. Τώρα φανταστείτε να τοποθετήσετε αυτό το νήμα σε ένα δοχείο γεμάτο με νερό με διάμετρο λίγων μικρομέτρων. Αυτές είναι οι συνθήκες που αντιμετωπίζει το ανθρώπινο DNA εντός ενός κυτταρικού πυρήνα. Η χημική σύνθεση του DNA, μαζί με τις δράσεις των πρωτεϊνών, στρίβουν τα δύο εξωτερικά άκρα του DNA σε σπειροειδές σχήμα ή έλικα, που βοηθούν το DNA να χωρέσει σε έναν μικρό πυρήνα.
Μέγεθος
Μέσα σε έναν κυτταρικό πυρήνα, το DNA είναι ένα σφιχτά σπειροειδές μόριο. Τα μόρια πυρήνων και DNA ποικίλλουν σε μέγεθος μεταξύ των πλασμάτων και των τύπων κυττάρων. Σε κάθε περίπτωση, ένα γεγονός παραμένει συνεπές: τεντωμένο επίπεδο, το DNA ενός κυττάρου θα ήταν εκθετικά μεγαλύτερο από τη διάμετρο του πυρήνα του. Οι περιορισμοί χώρου απαιτούν περιστροφή για να κάνουν το DNA πιο συμπαγές και η χημεία εξηγεί πώς συμβαίνει η συστροφή.
Χημεία
Το DNA είναι ένα μεγάλο μόριο κατασκευασμένο από μικρότερα μόρια τριών διαφορετικών χημικών συστατικών: ζάχαρη, φωσφορικά και αζωτούχες βάσεις. Το σάκχαρο και το φωσφορικό άλας βρίσκονται στα εξωτερικά άκρα του μορίου DNA, με τις βάσεις τοποθετημένες ανάμεσά τους όπως τα σκαλοπάτια μιας σκάλας. Δεδομένου ότι τα υγρά στα κύτταρα μας βασίζονται στο νερό, αυτή η δομή έχει νόημα: το σάκχαρο και το φωσφορικό είναι και τα δύο υδρόφιλα ή αγαπούν το νερό, ενώ οι βάσεις είναι υδρόφοβες ή φοβούνται το νερό.
Δομή
•••Hemera Technologies / AbleStock.com / Getty Images
Τώρα, αντί για σκάλα, φανταστείτε ένα στριμμένο σχοινί. Οι ανατροπές φέρνουν κοντά τα σκέλη του σχοινιού, αφήνοντας λίγο χώρο μεταξύ τους. Το μόριο DNA στρίβει ομοίως για να συρρικνωθεί ο χώρος μεταξύ των υδρόφοβων βάσεων στο εσωτερικό. Το σπειροειδές σχήμα αποθαρρύνει τη ροή του νερού μεταξύ τους και ταυτόχρονα αφήνει χώρο στα άτομα κάθε χημικού συστατικού να ταιριάζουν χωρίς επικάλυψη ή παρεμβολή.
Στοίβαξη
Η υδρόφοβη αντίδραση των βάσεων δεν είναι το μόνο χημικό γεγονός που επηρεάζει τη συστροφή του DNA. Οι αζωτούχες βάσεις που κάθονται η μια απέναντι στις δύο κλώνοι του DNA προσελκύουν η μία την άλλη, αλλά μια άλλη ελκυστική δύναμη, που ονομάζεται δύναμη στοίβαξης, είναι επίσης σε λειτουργία. Η δύναμη στοίβαξης προσελκύει τις βάσεις πάνω ή κάτω από την άλλη στον ίδιο κλώνο. Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Duke έμαθαν συνθέτοντας μόρια DNA αποτελούμενα από μία μόνο βάση που κάθε βάση ασκεί διαφορετική δύναμη στοίβαξης, συμβάλλοντας έτσι στο σπειροειδές σχήμα του DNA.
Πρωτεΐνες
Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι πρωτεΐνες μπορούν να προκαλέσουν σφιχτά τμήματα του DNA ακόμη περισσότερο, σχηματίζοντας τα λεγόμενα υπερ-πηνία. Για παράδειγμα, τα ένζυμα που βοηθούν στην αναπαραγωγή του DNA δημιουργούν πρόσθετες ανατροπές καθώς ταξιδεύουν στο σκέλος του DNA. Επίσης, μια πρωτεΐνη που ονομάζεται συμπύκνωση 13S φαίνεται να προκαλεί υπερκείμενα στο DNA λίγο πριν από την κυτταρική διαίρεση, αποκάλυψε μια μελέτη του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια του Μπέρκλεϋ του 1999. Οι επιστήμονες συνεχίζουν να ερευνούν αυτές τις πρωτεΐνες ελπίζοντας να κατανοήσουν περαιτέρω τις ανατροπές στη διπλή έλικα του DNA.