Kas liek dubultās spirāles savijumam DNS attēlā?

Iedomājieties, ka jums ir divi plāni pavedieni, katrs apmēram 3 1/4 pēdas garš, un tos kopā satur ūdens atgrūdoša materiāla fragmenti, lai izveidotu vienu pavedienu. Tagad iedomājieties, kā šo diegu ievietot dažu mikrometru diametrā ar ūdeni piepildītā traukā. Ar šiem apstākļiem cilvēka DNS saskaras šūnas kodolā. DNS ķīmiskais sastāvs kopā ar olbaltumvielu darbībām savij divas DNS ārējās malas spirāles formā vai spirālē, kas palīdz DNS iekļauties niecīgā kodolā.

Šūnas kodolā DNS ir cieši savīta, pavedienveida molekula. Kodolu un DNS molekulu izmērs atšķiras starp radībām un šūnu tipiem. Jebkurā gadījumā viens fakts paliek nemainīgs: izstiepts plakans, šūnas DNS būtu eksponenciāli garāks par tā kodola diametru. Vietas ierobežojumi prasa pagriešanu, lai padarītu DNS kompaktāku, un ķīmija izskaidro, kā notiek vērpšana.

DNS ir liela molekula, kas veidota no mazākām trīs dažādu ķīmisko sastāvdaļu molekulām: cukura, fosfāta un slāpekļa bāzēm. Cukurs un fosfāts atrodas uz DNS molekulas ārējām malām, un pamatnes ir izvietotas starp tām kā kāpņu pakāpieni. Ņemot vērā, ka mūsu šūnās esošie šķidrumi ir uz ūdens bāzes, šai struktūrai ir jēga: gan cukurs, gan fosfāti ir gan hidrofīli, gan ūdeni mīloši, bet bāzes ir hidrofobas vai bailīgas no ūdens.

•••Hemera Technologies / AbleStock.com / Getty Images

Tagad kāpņu vietā attēlojiet savītu virvi. Līkumi cieši savieno virves pavedienus, atstājot starp tiem maz vietas. DNS molekula līdzīgi savērpjas, lai samazinātu atstarpes starp hidrofobajām bāzēm iekšpusē. Spirālveida forma attur ūdeni no tecēšanas starp tām un tajā pašā laikā atstāj vietu katras ķīmiskās sastāvdaļas atomu ievietošanai, nepārklājot un netraucējot.

Bāzu hidrofobā reakcija nav vienīgais ķīmiskais notikums, kas ietekmē DNS vērpjot. Slāpekļa bāzes, kas atrodas viena otrai pretī uz diviem DNS pavedieniem, pievilina viena otru, bet spēlē arī cits pievilcīgs spēks, ko sauc par kraušanas spēku. Kraušanas spēks piesaista pamatus virs vai zem viena un tā paša pavediena. Hercoga universitātes pētnieki, sintezējot DNS molekulas, kas sastāv tikai no vienas bāzes, ir iemācījušies, ka katrai bāzei ir atšķirīgs sakraušanas spēks, tādējādi veicinot DNS spirāles formu.

Dažos gadījumos olbaltumvielas var izraisīt DNS sekciju saspiešanos vēl ciešāk, veidojot tā sauktās superpoles. Piemēram, fermenti, kas palīdz DNS replikācijai, rada papildu pagriezienus, ceļojot pa DNS virkni. Arī proteīns, ko sauc par 13S kondensīnu, šķiet, tieši pirms šūnu dalīšanās izraisa DNS superkoļus, atklāja Kalifornijas universitātes 1999. gada Bērklija pētījums. Zinātnieki turpina pētīt šos proteīnus, cerot tālāk izprast DNS dubultās spirāles līkločus.