Bagaimana DNA Diorganisasikan agar Sesuai dengan Sel?

Anda memiliki sekitar 50 triliun sel dalam tubuh Anda. Hampir semua dari mereka memiliki DNA di dalamnya -- sebenarnya dua meter. Jika Anda merangkai semua DNA itu dari ujung ke ujung, Anda akan memiliki tali yang cukup panjang untuk mengelilingi Bumi dua setengah juta kali. Namun entah bagaimana, DNA itu dikemas cukup erat untuk tidak hanya muat di dalam tubuh Anda, tetapi juga masuk ke dalam inti kecil sel yang membentuk tubuh Anda. Tubuh Anda mengatur ini dengan cara yang sama seperti Anda mengatur kumpulan tali atau pelangi benang: ia menggulung dan melilitkan untaian menjadi satu.

Satu molekul DNA terdiri dari rantai panjang molekul adenin, sitosin, guanin, dan timin yang dihubungkan bersama dengan gugus gula dan fosfat. Molekul DNA jarang ada dengan sendirinya; mereka biasanya dipasangkan dalam untaian komplementer yang melilit satu sama lain dalam konfigurasi heliks ganda yang terkenal. Seperti dua untaian benang, DNA untai ganda memberikan semacam perlindungan kimiawi yang membuat keduanya bersama-sama lebih kuat dari satu dengan sendirinya. Untai ganda itu adalah mekanisme pertama untuk mengemas DNA dalam kemasan yang rapat, mengurangi panjang dua meter menjadi satu.

Jika Anda memiliki benang sepanjang 50 yard, Anda tidak ingin membuangnya begitu saja. Sebagai gantinya, Anda akan mendapatkan gulungan dan membungkus benang di sekitarnya. Itu hal yang sama yang dilakukan tubuh Anda dengan DNA. Ini menggunakan kelompok molekul yang disebut histon sebagai gulungan untuk DNA. Situasinya sedikit lebih rumit daripada gulungan benang Anda, karena tubuh Anda harus dapat mengakses bagian-bagian berbeda dari DNA Anda pada waktu yang berbeda. Jadi, alih-alih satu gulungan besar yang harus banyak dibuka untuk sampai ke suatu tempat di tengah, tubuh Anda membuat banyak gulungan kecil, membuat satu demi satu lingkaran dalam DNA Anda. Loop kecil DNA spool itu disebut nukleosom, dan setiap kromosom memiliki ratusan ribu. Struktur yang dihasilkan biasanya disebut "untaian manik-manik." Spooling ini mengurangi panjang DNA dari sekitar satu meter menjadi sekitar 14 sentimeter.

Langkah selanjutnya dalam memadatkan DNA tidak begitu dipahami, meskipun hasilnya sudah diketahui. Entah bagaimana, nukleosom berputar satu sama lain, mungkin seperti kelopak pada bunga aster jika setiap kelopak adalah nukleosom vertikal. Kemudian loop melingkar nukleosom spiral di atas satu sama lain. Hasilnya adalah sebuah struktur yang disebut serat 30-nanometer, karena itu adalah string dengan diameter 30-miliar meter. Serat 30 nanometer itu kemudian melingkar pada dirinya sendiri, dan loop itu kemudian berputar pada dirinya sendiri lagi -- sekarang lebih seperti gulungan benang daripada gulungan benang. Tingkat penggulungan itu cukup untuk memasukkan DNA ke dalam inti sel.

Ketika sebuah sel membelah, ia membelah menjadi dua salinan sempurna dari dirinya sendiri. Dua salinan sempurna itu mencakup dua set DNA. Untuk mempersiapkan duplikasi, kromosom dipadatkan lebih jauh, berbaris dalam tahap kehidupan seluler yang disebut metafase. Dalam metafase, DNA memiliki begitu banyak loop demi loop sehingga dikompresi menjadi sepersepuluh ribu panjang aslinya. Bentuk-bentuk terkompresi itu adalah bentuk pertama dari DNA yang ditemukan.