Come è organizzato il DNA per adattarsi a una cellula?

Hai circa 50 trilioni di cellule nel tuo corpo. Quasi tutti hanno del DNA dentro, due metri, in effetti. Se mettessi insieme tutto quel DNA da un capo all'altro, avresti un filo abbastanza lungo da fare il giro della Terra due milioni e mezzo di volte. Eppure, in qualche modo, quel DNA viene confezionato abbastanza strettamente da non solo adattarsi all'interno del tuo corpo, ma anche ai minuscoli nuclei delle cellule che compongono il tuo corpo. Il tuo corpo gestisce questo nello stesso modo in cui riusciresti a organizzare una raccolta di corde o un arcobaleno di filati: avvolge e avvolge i fili insieme.

Una singola molecola di DNA è costituita da una lunga catena di molecole di adenina, citosina, guanina e timina legate tra loro da zuccheri e gruppi fosfato. Le molecole di DNA raramente esistono da sole; di solito sono accoppiati in filamenti complementari avvolti l'uno intorno all'altro nella famosa configurazione a doppia elica. Come due fili di filo, il DNA a doppio filamento fornisce una sorta di protezione chimica che rende i due insieme più forti di uno da solo. Quel doppio filamento è il primo meccanismo per confezionare il DNA in un pacchetto stretto, riducendo i due metri di lunghezza a uno.

Se avessi 50 metri di filo, non vorrai semplicemente lasciarlo cadere in un mucchio. Invece, otterresti una bobina e avvolgeresti il ​​filo attorno ad essa. È la stessa cosa che fa il tuo corpo con il DNA. Utilizza gruppi di molecole chiamate istoni come bobine per il DNA. La situazione è un po' più complicata del tuo rocchetto di filo, però, perché il tuo corpo deve essere in grado di accedere a diverse parti del tuo DNA in momenti diversi. Quindi, invece di una singola grande bobina che dovrebbe essere scartata molto per arrivare da qualche parte nel mezzo, il tuo corpo fa molte piccole bobine, creando un ciclo dopo l'altro nel tuo DNA. Quei minuscoli anelli di DNA avvolto sono chiamati nucleosomi e ogni cromosoma ne ha centinaia di migliaia. La struttura risultante è comunemente chiamata "filo di perline". Questo spooling riduce la lunghezza del DNA da circa un metro a circa 14 centimetri.

Il prossimo passo nella compattazione del DNA non è così ben compreso, anche se i risultati sono noti. In qualche modo, i nucleosomi si avvolgono l'uno intorno all'altro, forse come i petali di una margherita se ogni petalo fosse un nucleosoma verticale. Quindi gli anelli circolari dei nucleosomi si avvolgono l'uno sull'altro. Il risultato è una struttura chiamata fibra da 30 nanometri, perché è una corda di 30 miliardesimi di metro di diametro. Quella fibra da 30 nanometri si avvolge su se stessa, e i cappi si avvolgono di nuovo su se stessi, ora più come una matassa di filo che un rocchetto di filo. Quel livello di avvolgimento è sufficiente per inserire il DNA nel nucleo cellulare.

Quando una cellula si divide, si divide in due copie perfette di se stessa. Quelle due copie perfette includono due serie di DNA. Per prepararsi alla duplicazione, i cromosomi vengono ulteriormente condensati, allineandosi in uno stadio di vita cellulare chiamato metafase. In metafase, il DNA ha così tanti anse su anse che viene compresso in una lunghezza di un decimillesimo della sua lunghezza originale. Quelle forme compresse furono la prima forma di DNA scoperta.