כיצד מארגן דנ"א כך שהוא משתלב בתא?

יש לך כ -50 טריליון תאים בגופך. כמעט בכולם יש DNA - למעשה, שני מטרים ממנו. אם תמתח את כל ה- DNA הזה מקצה לקצה תהיה לך מחרוזת מספיק זמן כדי להסתובב כדור הארץ פעמיים וחצי מיליון פעמים. עם זאת, איכשהו, ה- DNA הזה נארז היטב מספיק כדי לא רק להשתלב בגופך, אלא גם להשתלב בגרעינים הזעירים של התאים המרכיבים את גופך. גופך מנהל את זה באותו אופן בו היית מצליח לארגן אוסף של חבלים או קשת חוט: הוא מסתובב ולולש את הגדילים יחד.

מולקולה אחת של DNA מורכבת משרשרת ארוכה של מולקולות אדנין, ציטוזין, גואנין ותימין המקושרות יחד עם קבוצות סוכר ופוספט. מולקולות DNA קיימות לעיתים רחוקות בפני עצמן; בדרך כלל הם משויכים לחוטים משלימים המורכבים זה סביב זה בתצורת הסליל הכפול המפורסמת. כמו שני חוטים של חוטים, ה- DNA הדו-גדילי מספק סוג של הגנה כימית ההופכת את שניהם לחזקים יותר מאחד בפני עצמו. חוט דו כיווני זה הוא המנגנון הראשון לאריזת DNA בחבילה הדוקה, ומקטין את שני מטרים באורך לאחד.

אם היו לך 50 מטר חוט, לא היית רוצה להפיל אותו בערמה. במקום זאת, היית מקבל סליל ועוטף את החוט סביבו. זה אותו הדבר שגופך עושה עם DNA. הוא משתמש בקבוצות של מולקולות הנקראות היסטונים כסלילים ל- DNA. המצב קצת יותר מסובך מאשר סליל החוט שלך מכיוון שגופך צריך להיות מסוגל לגשת לחלקים שונים של ה- DNA שלך בזמנים שונים. אז במקום סליל גדול אחד שיהיה צורך לעטוף אותו הרבה כדי להגיע למקום כלשהו באמצע, הגוף שלך מכין הרבה סלילים קטנים, מה שהופך את הלולאה בזה אחר זה לדנ"א שלך. אותם לולאות זעירות של DNA סלילי נקראות נוקלאוזומים, ולכל כרומוזום יש מאות אלפי כאלה. המבנה שנוצר מכונה בדרך כלל "מחרוזת חרוזים". סליל זה מקטין את אורך ה- DNA מכמטר אחד לכ- 14 סנטימטרים.

השלב הבא בדחיסת ה- DNA אינו מובן כל כך, למרות שהתוצאות ידועות. איכשהו, הנוקלאוזומים מתפתלים זה סביב זה, אולי כמו עלי כותרת על חיננית אם כל עלי כותרת היו נוקלאוזום אנכי. ואז הלולאות העגולות של הגרעינים מתפתלות זו על גבי זו. התוצאה היא מבנה הנקרא סיב 30 ננומטר, מכיוון שמחרוזת בקוטר של 30 מיליארד מטר. אותו סיב של 30 ננומטר ואז לולאה על עצמה, והלולאות ואז לולאות על עצמן שוב - עכשיו יותר כמו חוט חוט מאשר סליל חוט. די ברמת סליל זו כדי להתאים את ה- DNA לגרעין התא.

כאשר תא מתחלק, הוא מתפצל לשני עותקים מושלמים של עצמו. שני העותקים המושלמים הללו כוללים שתי קבוצות DNA. כדי להתכונן לשכפול, הכרומוזומים מתמצים עוד יותר, ומסתדרים בשלב חיים סלולרי שנקרא מטאפאזה. במטאפזה, ל- DNA יש כל כך הרבה לולאות על לולאות שהוא דחוס לאורך של עשרת אלפים מאורכו המקורי. אותם צורות דחוסות היו הצורה הראשונה של DNA שהתגלה.