DNA画像で二重らせんがねじれる原因は何ですか？

それぞれが約31/4フィートの長さの2つの細いストランドが、撥水素材の断片によって一緒に保持されて1つのスレッドを形成していると想像してください。 ここで、その糸を直径数マイクロメートルの水で満たされた容器に取り付けることを想像してみてください。 これらは、人間のDNAが細胞核内で直面する条件です。 DNAの化学的構成は、タンパク質の作用とともに、DNAの2つの外縁をらせん状、つまりらせん状にねじり、DNAが小さな核に収まるのを助けます。

細胞核内では、DNAはきつく巻かれた糸のような分子です。 核とDNAの分子は、生き物や細胞の種類によってサイズが異なります。 いずれの場合も、1つの事実は一貫しています。平らに伸ばされると、細胞のDNAはその核の直径よりも指数関数的に長くなります。 スペースの制約により、DNAをよりコンパクトにするためにねじれが必要であり、化学によってねじれがどのように発生するかが説明されます。

DNAは、糖、リン酸塩、核酸塩基の3つの異なる化学成分の小さな分子から構築された大きな分子です。 糖とリン酸はDNA分子の外縁にあり、はしごの段のようにそれらの間に塩基が配置されています。 私たちの細胞内の液体が水ベースであることを考えると、この構造は理にかなっています。糖とリン酸塩はどちらも親水性または水を好むのに対し、塩基は疎水性または水を恐れます。

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さて、はしごの代わりに、ねじれたロープを想像してください。 ひねりはロープのストランドを互いに近づけ、それらの間にほとんどスペースを残しません。 DNA分子も同様にねじれて、内側の疎水性塩基間のスペースを縮小します。 らせん状の形状は、水がそれらの間を流れるのを防ぎ、同時に、各化学成分の原子が重なり合ったり干渉したりすることなく収まる余地を残します。

DNAのねじれに影響を与える化学的事象は、塩基の疎水性反応だけではありません。 DNAの2本の鎖上で互いに向かい合って位置する核酸塩基は互いに引き付け合いますが、スタッキング力と呼ばれる別の引力も作用しています。 スタッキング力は、同じストランド上で互いに上下のベースを引き付けます。 デューク大学の研究者は、1つの塩基だけで構成されるDNA分子を合成することにより、各塩基が異なるスタッキング力を発揮し、それによってDNAの渦巻形状に寄与することを学びました。

場合によっては、タンパク質によってDNAの一部がさらにきつく巻かれ、いわゆるスーパーコイルが形成されることがあります。 たとえば、DNA複製を助ける酵素は、DNA鎖を移動するときに追加のねじれを作成します。 また、13Sコンデンシンと呼ばれるタンパク質は、細胞分裂の直前にDNAのスーパーコイルを促進するようであると1999年のカリフォルニア大学バークレー校の研究が明らかにしました。 科学者たちは、DNA二重らせんのねじれをさらに理解することを期待して、これらのタンパク質の研究を続けています。