Jak zorganizowane jest DNA, aby dopasować się do komórki?

W twoim ciele jest około 50 bilionów komórek. Prawie wszystkie z nich mają w sobie DNA - w rzeczywistości dwa metry. Jeśli nawlec całe to DNA od końca do końca, otrzymalibyśmy sznurek wystarczająco długi, by okrążyć Ziemię dwa i pół miliona razy. Jednak w jakiś sposób to DNA jest wystarczająco ciasno upakowane, aby nie tylko zmieścić się w twoim ciele, ale także zmieścić się w maleńkich jądrach komórek, które tworzą twoje ciało. Twoje ciało radzi sobie z tym w taki sam sposób, w jaki zdołałbyś zorganizować kolekcję lin lub tęczę włóczki: nawija i zapętla pasma razem.

Pojedyncza cząsteczka DNA składa się z długiego łańcucha cząsteczek adeniny, cytozyny, guaniny i tyminy połączonych ze sobą grupami cukrowymi i fosforanowymi. Cząsteczki DNA rzadko istnieją samodzielnie; są one zwykle połączone w komplementarne pasma nawinięte wokół siebie w słynnej konfiguracji podwójnej helisy. Podobnie jak dwie nici nici, dwuniciowe DNA zapewnia rodzaj ochrony chemicznej, która sprawia, że ​​oba razem są silniejsze niż jedno. Ta podwójna nić jest pierwszym mechanizmem pakowania DNA w ciasne opakowanie, redukującym dwa metry długości do jednego.

Gdybyś miał 50 jardów nici, nie chciałbyś po prostu upuścić jej na kupę. Zamiast tego dostaniesz szpulkę i owiniesz wokół niej nić. To samo robi twoje ciało z DNA. Wykorzystuje grupy cząsteczek zwanych histonami jako szpule dla DNA. Sytuacja jest jednak trochę bardziej skomplikowana niż twoja szpulka nici, ponieważ twoje ciało musi mieć dostęp do różnych części twojego DNA w różnym czasie. Więc zamiast pojedynczej dużej szpuli, która musiałaby być często rozwijana, aby dostać się gdzieś pośrodku, twoje ciało tworzy wiele małych szpulek, tworząc jedną pętlę za drugą w twoim DNA. Te maleńkie pętle nawiniętego DNA nazywane są nukleosomami, a każdy chromosom ma ich setki tysięcy. Powstała struktura jest powszechnie nazywana „sznurem koralików”. To zwijanie zmniejsza długość DNA z około jednego metra do około 14 centymetrów.

Następny krok w kompaktowaniu DNA nie jest tak dobrze poznany, chociaż wyniki są znane. W jakiś sposób nukleosomy owijają się wokół siebie, być może jak płatki stokrotki, jeśli każdy płatek jest pionowym nukleosomem. Następnie okrągłe pętle nukleosomów skręcają się jedna na drugą. Rezultatem jest struktura zwana 30-nanometrowym włóknem, ponieważ jest to struna o średnicy 30 miliardów metra. To 30-nanometrowe włókno następnie zapętla się na sobie, a następnie pętelki ponownie zapętlają się - teraz bardziej jak motek przędzy niż szpulka nici. Taki poziom zwinięcia wystarcza, aby dopasować DNA do jądra komórkowego.

Kiedy komórka się dzieli, dzieli się na dwie doskonałe kopie samej siebie. Te dwie idealne kopie zawierają dwa zestawy DNA. Aby przygotować się do duplikacji, chromosomy są jeszcze bardziej zagęszczane, ustawiając się w fazie życia komórki zwanej metafazą. W metafazie DNA ma tak wiele pętli na pętlach, że zostaje skompresowane do długości jednej dziesiątej tysięcznej swojej pierwotnej długości. Te skompresowane formy były pierwszą odkrytą formą DNA.