Kujutage ette, et teil on kaks õhukest kiudu, millest igaüks on umbes 3 1/4 jalga pikk ja mida hoiab koos vett tõrjuva materjali jupid ühe niidi moodustamiseks. Kujutage nüüd ette, et sobitaksite selle niidi mõne mikromeetrise läbimõõduga veega täidetud anumasse. Need on tingimused, millega inimese DNA rakutuumas kokku puutub. DNA keemiline koostis koos valkude toimega väänab DNA kaks välimist serva spiraalseks ehk heeliksiks, mis aitab DNA-l sobida väikesesse tuuma.
Suurus
Rakutuumas on DNA tihedalt keerdunud, niiditaoline molekul. Tuumade ja DNA molekulide suurus varieerub olendite ja rakutüüpide lõikes. Igal juhul jääb üks tõsiasi püsivaks: lamedaks venitatuna oleks raku DNA eksponentsiaalselt pikem kui tema tuuma läbimõõt. Ruumi piirangud nõuavad DNA kompaktsemaks muutmiseks keerdumist ja keemia selgitab, kuidas keerdumine toimub.
Keemia
DNA on suur molekul, mis on ehitatud väiksematest molekulidest, mis koosnevad kolmest erinevast keemilisest koostisosast: suhkur, fosfaat ja lämmastikalused. Suhkur ja fosfaat asuvad DNA molekuli välisservades, alused on paigutatud nende vahele nagu redeli astmed. Arvestades, et meie rakkudes olevad vedelikud on veepõhised, on see struktuur mõistlik: suhkur ja fosfaat on mõlemad hüdrofiilsed või vett armastavad, alused aga hüdrofoobsed või vett kartvad.
Struktuur
•••Hemera Technologies / AbleStock.com / Getty Images
Nüüd kujutage redeli asemel keerutatud köit. Keerded toovad köie kiud üksteise lähedale, jättes nende vahele vähe ruumi. DNA molekul keerleb sarnaselt, vähendades seestpoolt hüdrofoobsete aluste vahelisi ruume. Spiraalne kuju ei lase vett nende vahel voolata ja jätab samal ajal ruumi iga keemilise koostisosa aatomite sobitamiseks ilma kattumata või segamata.
Virnastamine
Aluste hüdrofoobne reaktsioon pole ainus keemiline sündmus, mis mõjutab DNA keerdumist. DNA kahel ahelal üksteise vastas asuvad lämmastikuga alused meelitavad teineteist, kuid mängib ka teine atraktiivne jõud, mida nimetatakse virnastusjõuks. Virnastamisjõud meelitab samale ahelale üksteise kohal või all olevaid aluseid. Duke'i ülikooli teadlased on ainult ühest alusest koosnevate DNA molekulide sünteesimise abil õppinud, et iga alus avaldab erinevat virnastamisjõudu, aidates seeläbi kaasa DNA spiraalsele kujule.
Valgud
Mõnel juhul võivad valgud põhjustada DNA lõikude veelgi tihedama mähise, moodustades nn superkeerised. Näiteks ensüümid, mis aitavad kaasa DNA replikatsioonile, loovad DNA ahela liikumisel täiendavaid pöördeid. Samuti näib, et valk nimega 13S kondensaat tekitab DNA-s superkileid vahetult enne rakkude jagunemist, selgus California Berkeley ülikooli 1999. aasta uuringust. Teadlased jätkavad nende valkude uurimist, lootes mõista DNA topeltheeliksi keerdkäike veelgi.