Apa yang Menyebabkan Heliks Ganda Memutar dalam Gambar DNA?

Bayangkan Anda memiliki dua untaian tipis, masing-masing sepanjang sekitar 3 1/4 kaki, disatukan oleh potongan bahan anti air untuk membentuk satu utas. Sekarang bayangkan memasang benang itu ke dalam wadah berisi air dengan diameter beberapa mikrometer. Ini adalah kondisi yang dihadapi DNA manusia di dalam inti sel. Susunan kimiawi DNA, bersama dengan aksi protein, memutar dua tepi luar DNA menjadi bentuk spiral, atau heliks, yang membantu DNA masuk ke dalam nukleus kecil.

Di dalam inti sel, DNA adalah molekul seperti benang yang tergulung rapat. Nukleus dan molekul DNA bervariasi dalam ukuran di antara makhluk dan jenis sel. Dalam setiap kasus, satu fakta tetap konsisten: terbentang rata, DNA sel akan lebih panjang secara eksponensial daripada diameter nukleusnya. Batasan ruang membutuhkan puntiran untuk membuat DNA lebih kompak, dan kimia menjelaskan bagaimana puntiran itu terjadi.

DNA adalah molekul besar yang dibangun dari molekul yang lebih kecil dari tiga bahan kimia yang berbeda: gula, fosfat, dan basa nitrogen. Gula dan fosfat terletak di tepi luar molekul DNA, dengan basa tersusun di antara keduanya seperti anak tangga. Mengingat bahwa cairan dalam sel kita berbasis air, struktur ini masuk akal: gula dan fosfat keduanya hidrofilik, atau suka air, sedangkan basanya hidrofobik, atau takut air.

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

Sekarang, alih-alih tangga, bayangkan tali yang dipilin. Liku-liku membuat untaian tali saling berdekatan, menyisakan sedikit ruang di antara mereka. Molekul DNA juga berputar untuk mengecilkan ruang antara basa hidrofobik di bagian dalam. Bentuk spiral mencegah air mengalir di antara mereka, dan pada saat yang sama memberikan ruang bagi atom-atom dari setiap bahan kimia agar sesuai tanpa tumpang tindih atau mengganggu.

Reaksi hidrofobik basa bukan satu-satunya peristiwa kimia yang mempengaruhi putaran DNA. Basa nitrogen yang duduk berseberangan pada dua untai DNA saling tarik menarik, tetapi gaya tarik menarik lainnya, yang disebut gaya susun, juga berperan. Gaya susun menarik basa di atas atau di bawah satu sama lain pada untai yang sama. Peneliti Duke University telah belajar dengan mensintesis molekul DNA yang terdiri dari hanya satu basa bahwa setiap basa memberikan gaya susun yang berbeda, sehingga berkontribusi pada bentuk spiral DNA.

Dalam beberapa kasus, protein dapat menyebabkan bagian DNA menggulung lebih erat, membentuk apa yang disebut superkoil. Misalnya, enzim yang membantu dalam replikasi DNA membuat putaran tambahan saat mereka melakukan perjalanan untai DNA. Juga, protein yang disebut 13S condensin tampaknya mendorong supercoils dalam DNA tepat sebelum pembelahan sel, sebuah studi 1999 University of California, Berkeley, mengungkapkan. Para ilmuwan terus meneliti protein ini dengan harapan dapat memahami lebih jauh liku-liku dalam heliks ganda DNA.