¿Qué causa que la doble hélice se tuerza en una imagen de ADN?

Imagine que tiene dos hebras delgadas, cada una de aproximadamente 3 1/4 pies de largo, unidas por fragmentos de un material repelente al agua para formar una hebra. Ahora imagine que coloca ese hilo en un recipiente lleno de agua de unos pocos micrómetros de diámetro. Estas son las condiciones a las que se enfrenta el ADN humano dentro de un núcleo celular. La composición química del ADN, junto con las acciones de las proteínas, retuercen los dos bordes externos del ADN en una forma de espiral, o hélice, que ayuda al ADN a encajar en un núcleo diminuto.

Dentro de un núcleo celular, el ADN es una molécula filiforme muy enrollada. Los núcleos y las moléculas de ADN varían en tamaño entre las criaturas y los tipos de células. En todos los casos, un hecho sigue siendo constante: estirado, el ADN de una célula sería exponencialmente más largo que el diámetro de su núcleo. Las limitaciones de espacio requieren que se tuerza para hacer que el ADN sea más compacto, y la química explica cómo ocurre la torsión.

El ADN es una molécula grande construida a partir de moléculas más pequeñas de tres ingredientes químicos diferentes: azúcar, fosfato y bases nitrogenadas. El azúcar y el fosfato se encuentran en los bordes exteriores de la molécula de ADN, con las bases dispuestas entre ellos como los peldaños de una escalera. Dado que los fluidos de nuestras células son a base de agua, esta estructura tiene sentido: el azúcar y el fosfato son hidrófilos o amantes del agua, mientras que las bases son hidrófobas o temen el agua.

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Ahora, en lugar de una escalera, imagina una cuerda retorcida. Los giros acercan los hilos de la cuerda, dejando poco espacio entre ellos. La molécula de ADN se retuerce de manera similar para reducir los espacios entre las bases hidrofóbicas en el interior. La forma en espiral impide que el agua fluya entre ellos y, al mismo tiempo, deja espacio para que los átomos de cada ingrediente químico encajen sin superponerse ni interferir.

La reacción hidrofóbica de las bases no es el único evento químico que influye en la torsión del ADN. Las bases nitrogenadas que se encuentran una frente a la otra en las dos hebras del ADN se atraen entre sí, pero también está en juego otra fuerza de atracción, llamada fuerza de apilamiento. La fuerza de apilamiento atrae las bases una encima o debajo de la otra en el mismo hilo. Los investigadores de la Universidad de Duke han aprendido al sintetizar moléculas de ADN compuestas por una sola base que cada base ejerce una fuerza de apilamiento diferente, contribuyendo así a la forma espiral del ADN.

En algunos casos, las proteínas pueden hacer que secciones de ADN se enrollen aún más estrechamente, formando los llamados superenrollamientos. Por ejemplo, las enzimas que ayudan en la replicación del ADN crean giros adicionales a medida que viajan por la hebra de ADN. Además, una proteína llamada condensina 13S parece provocar superenrollamientos en el ADN justo antes de la división celular, según reveló un estudio de 1999 de la Universidad de California, Berkeley. Los científicos continúan investigando estas proteínas con la esperanza de comprender mejor los giros en la doble hélice del ADN.