Mi okozza a kettős spirál csavarodását egy DNS-képen?

Képzelje el, hogy van két vékony szála, amelyek mindegyike körülbelül 3 1/4 láb hosszú, és amelyeket egy víztaszító anyag töredékei tartanak össze, hogy egy szálat képezzenek. Most képzelje el, hogy ezt a szálat néhány mikrométer átmérőjű, vízzel töltött edénybe illeszti. Ezek az állapotok, amelyekkel az emberi DNS szembesül a sejtmagban. A DNS kémiai felépítése, a fehérjék hatásával együtt, a DNS két külső szélét spirál alakúra vagy spirál alakúra sodorja, ami segíti a DNS beilleszkedését egy apró magba.

A sejtmagban a DNS szorosan tekercselt, szálszerű molekula. Az atommagok és a DNS-molekulák mérete különbözik a lények és a sejttípusok között. Minden esetben egy tény következetes marad: laposan kinyújtva a sejt DNS-je exponenciálisan hosszabb lenne, mint a magjának átmérője. A térbeli korlátok megcsavarodást igényelnek, hogy a DNS tömörebb legyen, és a kémia elmagyarázza, hogyan történik a csavarodás.

A DNS egy nagy molekula, amely három különböző kémiai összetevőből álló kisebb molekulákból épül fel: cukor, foszfát és nitrogén bázisok. A cukor és a foszfát a DNS-molekula külső szélein helyezkedik el, a bázisok közöttük úgy vannak elrendezve, mint a létra lépcsői. Tekintettel arra, hogy sejtjeink folyadékai vízalapúak, ennek a szerkezetnek van értelme: a cukor és a foszfát egyaránt hidrofil vagy vízszerető, míg a bázisok hidrofóbak vagy félelmesek.

•••Hemera Technologies / AbleStock.com / Getty Images

Most egy létra helyett képezzen el egy sodrott kötelet. A fordulatok szorosan egymáshoz viszik a kötél szálait, és kevés helyet hagynak közöttük. A DNS-molekula hasonlóan megcsavarodik, hogy összehúzza a belső hidrofób bázisok közötti tereket. A spirális forma elriasztja a vizet a köztük folyó áramlástól, ugyanakkor teret enged az egyes kémiai összetevők atomjainak átfedés és beavatkozás nélkül.

A bázisok hidrofób reakciója nem az egyetlen kémiai esemény, amely befolyásolja a DNS csavarodását. A DNS két szálán egymással szemben ülő nitrogénbázisok vonzzák egymást, de egy másik vonzó erő, az úgynevezett egymásra rakás is játszik szerepet. A halmozási erő ugyanazon a szálon vonzza egymás fölé vagy alá az alapokat. A Duke Egyetem kutatói az egyetlen bázisból álló DNS-molekulák szintetizálásával megtanulták, hogy mindegyik bázis eltérő halmozási erőt fejt ki, hozzájárulva ezzel a DNS spirális alakjához.

Bizonyos esetekben a fehérjék a DNS szakaszainak még szorosabb tekerését okozhatják, úgynevezett szupertekercseket képezve. Például a DNS-replikációt elősegítő enzimek további csavarokat hoznak létre a DNS-szálon haladva. Ezenkívül úgy tűnik, hogy a 13S kondenzin nevű fehérje közvetlenül a sejtosztódás előtt a szupertekercseket idézi elő a DNS-ben. A tudósok továbbra is kutatják ezeket a fehérjéket, remélve, hogy jobban megértsék a DNS kettős spirál csavarjait.