Zamislite da imate dvije tanke niti, svaku dugu oko 3 1/4 stope, međusobno povezane isječcima vodoodbojnog materijala koji tvore jednu nit. Sad zamislite da tu nit ugradite u posudu napunjenu vodom promjera nekoliko mikrometara. To su uvjeti s kojima se ljudska DNA suočava unutar stanične jezgre. Kemijska građa DNK, zajedno s djelovanjem proteina, uvija dva vanjska ruba DNA u spiralni oblik ili zavojnicu koja pomaže DNA da se uklopi u malu jezgru.
Veličina
Unutar stanične jezgre, DNA je čvrsto smotana molekula nalik nitima. Molekuli nukleusa i DNA razlikuju se u veličini među bićima i vrstama stanica. U svakom slučaju jedna činjenica ostaje dosljedna: ispružena, stanična DNK bila bi eksponencijalno duža od promjera jezgre. Prostorna ograničenja zahtijevaju uvijanje kako bi DNK postala kompaktnija, a kemija objašnjava kako se uvijanje događa.
Kemija
DNA je velika molekula izgrađena od manjih molekula tri različita kemijska sastojka: šećera, fosfata i dušičnih baza. Šećer i fosfat smješteni su na vanjskim rubovima molekule DNA, a baze su poredane između njih poput stepenica ljestvi. S obzirom na to da su tekućine u našim stanicama na bazi vode, ova struktura ima smisla: šećer i fosfat su hidrofilni ili vole vodu, dok su baze hidrofobne ili se boje vode.
Struktura
•••Hemera Technologies / AbleStock.com / Getty Images
Sada, umjesto ljestava, zamislite uvijeno uže. Uvijanja zbližavaju niti užeta, ostavljajući malo prostora između njih. Molekula DNA slično se uvija kako bi smanjila prostore između hidrofobnih baza iznutra. Spiralni oblik obeshrabruje vodu da teče između njih, a istodobno ostavlja prostor za atome svakog kemijskog sastojka da se uklope bez preklapanja ili ometanja.
Slaganje
Hidrofobna reakcija baza nije jedini kemijski događaj koji utječe na uvijanje DNA. Dušične baze koje sjede jedna preko druge na dva lanca DNA međusobno se privlače, ali u igri je i druga privlačna sila, nazvana sila slaganja. Sila slaganja privlači osnove iznad ili ispod jedne na istoj niti. Istraživači sa Sveučilišta Duke sintetizirajući molekule DNA sastavljene od samo jedne baze naučili su da svaka baza vrši različitu silu slaganja, čime doprinosi spiralnom obliku DNA.
Bjelančevine
U nekim slučajevima proteini mogu uzrokovati još jače zavojnice dijelova DNA, formirajući takozvane super zavojnice. Na primjer, enzimi koji pomažu u replikaciji DNA stvaraju dodatne zavoje dok putuju nizom DNA. Također, čini se da protein nazvan 13S kondenzin potiče superkolute u DNA neposredno prije diobe stanica, otkrilo je istraživanje Sveučilišta u Kaliforniji 1999. u Berkeleyu. Znanstvenici nastavljaju s istraživanjem ovih proteina nadajući se daljnjem razumijevanju preokreta u dvostrukoj zavojnici DNA.