Kaip organizuojama DNR, kad tilptų į ląstelę?

Savo kūne turite apie 50 trilijonų ląstelių. Beveik visi turi DNR - iš tikrųjų du metrai. Jei visą tą DNR suvartotumėte nuo galo iki galo, turėtumėte pakankamai ilgą virvelę, kad galėtumėte apeiti Žemę du su puse milijono kartų. Vis dėlto ši DNR yra pakankamai sandariai supakuota, kad ne tik tilptų jūsų kūne, bet ir tilptų į mažus jūsų kūną sudarančių ląstelių branduolius. Jūsų kūnas tai valdo taip pat, kaip jums pavyktų surengti virvių ar vaivorykštės kolekciją: jis susisuka ir sujungia sruogas.

Vieną DNR molekulę sudaro ilga adenino, citozino, guanino ir timino molekulių grandinė, sujungta su cukraus ir fosfato grupėmis. DNR molekulės retai egzistuoja atskirai; jie paprastai poruojami papildomomis sruogomis, apvyniotomis viena šalia kitos garsiąja dvigubos spiralės konfigūracija. Kaip ir dvi gijų sruogos, dvigubos grandinės DNR suteikia tam tikrą cheminę apsaugą, dėl kurios abu kartu tampa stipresni už vieną. Ši dviguba grandinė yra pirmasis DNR pakavimo į sandarią pakuotę mechanizmas, sumažinantis dviejų metrų ilgį iki vieno.

Jei turėtumėte 50 jardų siūlų, nenorėtumėte jų tiesiog numesti į krūvą. Vietoj to jūs gautumėte ritę ir apvyniotumėte siūlą. Tai tas pats, ką jūsų kūnas daro su DNR. Jis naudoja molekulių grupes, vadinamas histonais, kaip ritinius DNR. Tačiau situacija yra šiek tiek sudėtingesnė nei jūsų siūlų ritė, nes jūsų kūnas turi turėti galimybę pasiekti skirtingas jūsų DNR dalis skirtingu laiku. Taigi vietoj vienos didelės ritės, kurią tektų daug išvynioti, kad patektumėte į vietą viduryje, jūsų kūnas padaro daug mažų ritinių, savo DNR padarydamas vieną kilpą po kitos. Tos mažos susuktos DNR kilpos vadinamos nukleosomomis, o kiekvienoje chromosomoje jų yra šimtai tūkstančių. Gauta struktūra paprastai vadinama "karoliukų virve". Šis ritinys sumažina DNR ilgį nuo maždaug vieno metro iki maždaug 14 centimetrų.

Kitas DNR tankinimo žingsnis nėra taip gerai suprantamas, nors rezultatai yra žinomi. Kažkaip nukleosomos vingiuoja aplink viena kitą, galbūt kaip žiedlapiai ant ramunės, jei kiekvienas žiedlapis būtų vertikalus nukleosomas. Tada žiedinės nukleosomų kilpos sukasi viena ant kitos. Rezultatas yra struktūra, vadinama 30 nanometrų pluoštu, nes tai yra 30 milijardų metro skersmens virvelė. Tada tas 30 nanometrų pluoštas sukasi į save, o kilpos vėl sukasi į save - dabar tai labiau panašu į verpalų sruogą, nei sriegio ritę. Tokio suvyniojimo lygio pakanka, kad DNR tilptų į ląstelės branduolį.

Kai ląstelė dalijasi, ji skyla į dvi tobulas savo kopijas. Tose dviejose tobulose kopijose yra du DNR rinkiniai. Norint pasirengti dubliavimuisi, chromosomos dar labiau kondensuojasi, išsirikiavusios ląstelių gyvenimo stadijoje, vadinamoje metafaze. Metafazėje DNR turi tiek kilpų ant kilpų, kad yra suspausta į ilgio dešimt tūkstantąją pradinio ilgio dalį. Tos suspaustos formos buvo pirmoji atrasta DNR forma.