¿Cómo se organiza el ADN para encajar en una célula?

Tienes alrededor de 50 billones de células en tu cuerpo. Casi todos tienen ADN, de hecho, dos metros. Si uniera todo ese ADN de un extremo a otro, tendría una cadena lo suficientemente larga como para dar la vuelta a la Tierra dos millones y medio de veces. Sin embargo, de alguna manera, ese ADN se empaqueta lo suficientemente apretado no solo para caber dentro de su cuerpo, sino también en los pequeños núcleos de las células que forman su cuerpo. Tu cuerpo maneja esto de la misma manera que lo harías para organizar una colección de cuerdas o un arco iris de hilo: enrolla y enlaza los hilos.

Una sola molécula de ADN consta de una larga cadena de moléculas de adenina, citosina, guanina y timina unidas con grupos de azúcar y fosfato. Las moléculas de ADN rara vez existen por sí mismas; por lo general, se emparejan en hebras complementarias enrolladas entre sí en la famosa configuración de doble hélice. Al igual que dos hebras de hilo, el ADN de doble hebra proporciona una especie de protección química que hace que los dos juntos sean más fuertes que uno solo. Esa doble hebra es el primer mecanismo para empaquetar ADN en un paquete apretado, reduciendo los dos metros de longitud a uno.

Si tuviera 50 yardas de hilo, no querría simplemente dejarlo caer en un montón. En cambio, obtendrías un carrete y enrollarías el hilo alrededor de él. Eso es lo mismo que hace su cuerpo con el ADN. Utiliza grupos de moléculas llamadas histonas como bobinas de ADN. Sin embargo, la situación es un poco más complicada que su carrete de hilo, porque su cuerpo necesita poder acceder a diferentes partes de su ADN en diferentes momentos. Entonces, en lugar de un solo carrete grande que tendría que desenvolverse mucho para llegar a algún lugar en el medio, su cuerpo fabrica muchos carretes pequeños, formando un bucle tras otro en su ADN. Esos pequeños bucles de ADN en spool se denominan nucleosomas y cada cromosoma tiene cientos de miles de ellos. La estructura resultante se denomina comúnmente "cadena de cuentas". Este enrollado reduce la longitud del ADN de aproximadamente un metro a aproximadamente 14 centímetros.

El siguiente paso en la compactación del ADN no se comprende tan bien, aunque se conocen los resultados. De alguna manera, los nucleosomas se enrollan entre sí, tal vez como los pétalos de una margarita si cada pétalo fuera un nucleosoma vertical. Luego, los bucles circulares de los nucleosomas forman una espiral uno encima del otro. El resultado es una estructura llamada fibra de 30 nanómetros, porque es una cuerda de 30 mil millonésimas de metro de diámetro. Esa fibra de 30 nanómetros se enrolla sobre sí misma, y ​​los bucles vuelven a enroscarse, ahora más como una madeja de hilo que como un carrete de hilo. Ese nivel de enrollamiento es suficiente para encajar el ADN en el núcleo celular.

Cuando una célula se divide, se divide en dos copias perfectas de sí misma. Esas dos copias perfectas incluyen dos conjuntos de ADN. Para prepararse para la duplicación, los cromosomas se condensan aún más, alineándose en una etapa de la vida celular llamada metafase. En la metafase, el ADN tiene tantos bucles sobre bucles que se comprime en una longitud de una diezmilésima parte de su longitud original. Esas formas comprimidas fueron la primera forma de ADN descubierta.