Πώς οργανώνεται το DNA για να ταιριάζει σε ένα κύτταρο;

Έχετε περίπου 50 τρισεκατομμύρια κύτταρα στο σώμα σας. Σχεδόν όλοι τους έχουν DNA - δύο μέτρα από αυτό. Εάν έχετε κολλήσει όλο αυτό το DNA από άκρο σε άκρο, θα έχετε μια χορδή αρκετά μεγάλη για να περιηγηθείτε στη Γη δυόμισι εκατομμύρια φορές. Ωστόσο, με κάποιο τρόπο, αυτό το DNA συσκευάζεται αρκετά σφιχτά ώστε να μην χωράει μόνο στο σώμα σας, αλλά να ταιριάζει στους μικροσκοπικούς πυρήνες των κυττάρων που αποτελούν το σώμα σας. Το σώμα σας το διαχειρίζεται με τον ίδιο τρόπο που θα καταφέρατε να οργανώσετε μια συλλογή από σχοινιά ή ένα ουράνιο τόξο από νήματα: τυλίγει και περιτυλίγει τα σκέλη μαζί.

Ένα μοναδικό μόριο DNA αποτελείται από μια μακρά αλυσίδα αδενίνης, κυτοσίνης, γουανίνης και μορίων θυμίνης συνδεδεμένα μαζί με ομάδες σακχάρου και φωσφορικών. Τα μόρια DNA σπάνια υπάρχουν μόνα τους. Συνήθως συνδυάζονται σε συμπληρωματικά κλώσματα που τυλίγονται το ένα στο άλλο στη διάσημη διαμόρφωση της διπλής έλικας. Όπως και τα δύο σκέλη του νήματος, το δίκλωνο DNA παρέχει ένα είδος χημικής προστασίας που κάνει τα δύο μαζί ισχυρότερα από ένα από μόνα τους. Αυτό το διπλό σκέλος είναι ο πρώτος μηχανισμός για τη συσκευασία του DNA σε μια στενή συσκευασία, μειώνοντας το μήκος των δύο μέτρων σε ένα.

Αν είχατε 50 ναυπηγεία νήματος, δεν θα θέλατε να το ρίξετε σε σωρό. Αντ 'αυτού, θα έχετε ένα καρούλι και θα τυλίξετε το νήμα γύρω του. Αυτό είναι το ίδιο πράγμα που κάνει το σώμα σας με το DNA. Χρησιμοποιεί ομάδες μορίων που ονομάζονται ιστόνες ως καρούλια για το DNA. Η κατάσταση είναι λίγο πιο περίπλοκη από το νήμα σας, επειδή το σώμα σας πρέπει να έχει πρόσβαση σε διαφορετικά μέρη του DNA σας σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Έτσι, αντί για ένα μεγάλο καρούλι που θα πρέπει να ξετυλίγεται πολύ για να φτάσει σε κάποιο μέρος στη μέση, το σώμα σας κάνει πολλά μικρά καρούλια, κάνοντας έναν βρόχο μετά τον άλλο στο DNA σας. Αυτοί οι μικροσκοπικοί βρόχοι του τυλιγμένου DNA ονομάζονται νουκλεοσώματα και κάθε χρωμόσωμα έχει εκατοντάδες χιλιάδες από αυτά. Η προκύπτουσα δομή ονομάζεται συνήθως "σειρά από χάντρες". Αυτό το πηνίο μειώνει το μήκος του DNA από περίπου ένα μέτρο σε περίπου 14 εκατοστά.

Το επόμενο βήμα στη συμπίεση του DNA δεν είναι τόσο καλά κατανοητό, παρόλο που τα αποτελέσματα είναι γνωστά. Κατά κάποιο τρόπο, τα νουκλεοσώματα περιστρέφονται μεταξύ τους, ίσως σαν πέταλα σε μια μαργαρίτα, εάν κάθε πέταλο ήταν κάθετο νουκλεοσώμα. Στη συνέχεια, οι κυκλικοί βρόχοι νουκλεοσωμάτων περιστρέφονται το ένα πάνω στο άλλο. Το αποτέλεσμα είναι μια δομή που ονομάζεται ίνα 30 νανομέτρων, επειδή είναι μια συμβολοσειρά διαμέτρου 30 δισεκατομμυρίων του μέτρου. Αυτή η ίνα 30 νανομέτρων στη συνέχεια βγαίνει από μόνη της και οι βρόχοι στη συνέχεια βγαίνουν ξανά στον εαυτό τους - τώρα περισσότερο σαν κουβάρι νήματος παρά καρούλι νήματος. Αυτό το επίπεδο περιέλιξης είναι αρκετό για να χωρέσει το DNA στον πυρήνα των κυττάρων.

Όταν ένα κελί διαιρείται, χωρίζεται σε δύο τέλεια αντίγραφα του. Αυτά τα δύο τέλεια αντίγραφα περιλαμβάνουν δύο σύνολα DNA. Για να προετοιμαστούν για επανάληψη, τα χρωμοσώματα συμπυκνώνονται ακόμη περισσότερο, παρατάσσονται σε ένα στάδιο κυτταρικής ζωής που ονομάζεται μεταφάση. Στη μεταφάση, το DNA έχει τόσους βρόχους πάνω σε βρόχους που συμπιέζεται σε μήκος το ένα δέκατο χιλιοστό του αρχικού του μήκους. Αυτές οι συμπιεσμένες μορφές ήταν η πρώτη μορφή DNA που ανακαλύφθηκε.