Tenk deg at du har to tynne tråder, hver ca 3 1/4 fot lange, holdt sammen av utklipp av et vannavvisende materiale for å danne en tråd. Tenk deg å montere den tråden i en vannfylt beholder med noen få mikrometer i diameter. Dette er forholdene som menneskelig DNA står overfor i en cellekjerne. DNAs kjemiske sammensetning, sammen med proteinenes virkning, vri DNAs to ytre kanter til en spiralform, eller helix, som hjelper DNA til å passe inn i en liten kjerne.
Størrelse
Innenfor en cellekjerne er DNA et tett opprullet, trådlignende molekyl. Kjerner og DNA-molekyler varierer i størrelse blant skapninger og celletyper. I alle tilfeller forblir ett faktum konsistent: strukket flatt, ville en celles DNA være eksponentielt lenger enn diameteren til kjernen. Rombegrensningene krever vridning for å gjøre DNA mer kompakt, og kjemi forklarer hvordan vridningen skjer.
Kjemi
DNA er et stort molekyl bygget av mindre molekyler av tre forskjellige kjemiske ingredienser: sukker, fosfat og nitrogenholdige baser. Sukker og fosfat er plassert på ytterkantene av DNA-molekylet, med basene ordnet mellom dem som trinnene på en stige. Gitt at væskene i cellene våre er vannbaserte, er denne strukturen fornuftig: sukker og fosfat er begge hydrofile eller vannelskende, mens basene er hydrofobe eller vannfryktige.
Struktur
•••Hemera Technologies / AbleStock.com / Getty Images
Nå, i stedet for en stige, kan du se et vridd tau. Vendingene bringer strengene av tauet tett sammen, og gir lite rom mellom dem. DNA-molekylet vrir seg på samme måte for å krympe mellomrommene mellom de hydrofobe basene på innsiden. Spiralformen fraråder vann å strømme mellom dem, og gir samtidig rom for at atomene til hver kjemisk ingrediens kan passe uten å overlappe eller forstyrre.
Stabling
Basenes hydrofobe reaksjon er ikke den eneste kjemiske hendelsen som påvirker DNAs vri. De nitrogenholdige basene som sitter overfor hverandre på DNAs to tråder tiltrekker hverandre, men en annen attraktiv kraft, kalt stablingskraft, er også i spill. Stakkraften tiltrekker basene over eller under hverandre på samme streng. Duke University-forskere har lært ved å syntetisere DNA-molekyler sammensatt av bare en base at hver base utøver en annen stablingskraft, og dermed bidrar til DNAs spiralform.
Proteiner
I noen tilfeller kan proteiner føre til at seksjoner av DNA spirer enda tettere, og danner såkalte superspoler. For eksempel, enzymer som hjelper til med DNA-replikasjon, skaper flere vendinger når de reiser DNA-strengen. Også et protein kalt 13S kondensin ser ut til å be om superspoler i DNA like før celledeling, avslørte en studie fra 1999 University of California, Berkeley. Forskere fortsetter å undersøke disse proteinene i håp om å forstå ytterligere vriene i DNA-dobbeltspiralen.
