O que faz com que a dupla hélice se torça em uma imagem de DNA?

Imagine que você tenha dois fios finos, cada um com cerca de 3 1/4 pés de comprimento, unidos por pedaços de um material repelente de água para formar um fio. Agora imagine encaixar esse fio em um recipiente cheio de água com alguns micrômetros de diâmetro. Essas são as condições que o DNA humano enfrenta no núcleo de uma célula. A composição química do DNA, junto com as ações das proteínas, torce as duas bordas externas do DNA em uma forma espiral, ou hélice, que ajuda o DNA a se encaixar em um minúsculo núcleo.

Dentro de um núcleo celular, o DNA é uma molécula semelhante a um fio, fortemente enrolada. Os núcleos e as moléculas de DNA variam em tamanho entre as criaturas e os tipos de células. Em todos os casos, um fato permanece consistente: esticado, o DNA de uma célula seria exponencialmente maior do que o diâmetro de seu núcleo. As restrições de espaço exigem torção para tornar o DNA mais compacto, e a química explica como a torção acontece.

O DNA é uma grande molécula construída a partir de moléculas menores de três ingredientes químicos diferentes: açúcar, fosfato e bases nitrogenadas. O açúcar e o fosfato estão localizados nas bordas externas da molécula de DNA, com as bases dispostas entre eles como os degraus de uma escada. Dado que os fluidos em nossas células são à base de água, essa estrutura faz sentido: açúcar e fosfato são ambos hidrofílicos, ou amantes da água, enquanto as bases são hidrofóbicas, ou temem a água.

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Agora, em vez de uma escada, imagine uma corda torcida. As torções aproximam os fios da corda, deixando pouco espaço entre eles. A molécula de DNA se torce de maneira semelhante para diminuir os espaços entre as bases hidrofóbicas no interior. A forma em espiral desencoraja o fluxo de água entre eles e, ao mesmo tempo, deixa espaço para que os átomos de cada ingrediente químico se encaixem sem se sobrepor ou interferir.

A reação hidrofóbica das bases não é o único evento químico que influencia a torção do DNA. As bases nitrogenadas que ficam em frente uma da outra nas duas fitas do DNA se atraem, mas outra força atrativa, chamada força de empilhamento, também está em jogo. A força de empilhamento atrai as bases acima ou abaixo uma da outra no mesmo cordão. Pesquisadores da Duke University aprenderam, sintetizando moléculas de DNA compostas de apenas uma base, que cada base exerce uma força de empilhamento diferente, contribuindo assim para a forma espiral do DNA.

Em alguns casos, as proteínas podem fazer com que seções de DNA se enrolem ainda mais firmemente, formando os chamados superenrolamentos. Por exemplo, enzimas que ajudam na replicação do DNA criam torções adicionais à medida que viajam pela fita de DNA. Além disso, uma proteína chamada condensina 13S parece estimular supercoils no DNA pouco antes da divisão celular, revelou um estudo de 1999 da Universidade da Califórnia, em Berkeley. Os cientistas continuam a pesquisar essas proteínas na esperança de compreender melhor as torções na dupla hélice do DNA.