Como o DNA é organizado para caber em uma célula?

Você tem cerca de 50 trilhões de células em seu corpo. Quase todos eles têm DNA neles - dois metros dele, na verdade. Se você amarrar todo aquele DNA de ponta a ponta, terá um fio longo o suficiente para dar a volta na Terra dois milhões e meio de vezes. Ainda assim, de alguma forma, esse DNA é empacotado firmemente o suficiente para não só caber dentro do seu corpo, mas caber nos minúsculos núcleos das células que constituem o seu corpo. Seu corpo consegue isso da mesma forma que você faria para organizar uma coleção de cordas ou um arco-íris de fios: ele enrola e enlaça os fios juntos.

Uma única molécula de DNA consiste em uma longa cadeia de moléculas de adenina, citosina, guanina e timina ligadas entre si com grupos de açúcar e fosfato. As moléculas de DNA raramente existem por conta própria; eles geralmente são emparelhados em fitas complementares enroladas umas nas outras na famosa configuração de dupla hélice. Como duas fitas, o DNA de fita dupla fornece um tipo de proteção química que torna os dois juntos mais fortes do que um só. Essa fita dupla é o primeiro mecanismo para embalar DNA em um pacote compacto, reduzindo os dois metros de comprimento para um.

Se você tivesse 50 metros de linha, não iria querer apenas jogá-la no chão. Em vez disso, você pegaria um carretel e o envolveria com a linha. É a mesma coisa que seu corpo faz com o DNA. Ele usa grupos de moléculas chamadas histonas como carretéis de DNA. A situação é um pouco mais complicada do que seu carretel de linha, porém, porque seu corpo precisa ser capaz de acessar diferentes partes de seu DNA em momentos diferentes. Então, em vez de um único grande carretel que teria que ser desembrulhado muito para chegar a algum lugar no meio, seu corpo faz um monte de pequenos carretéis, fazendo um loop após o outro em seu DNA. Esses pequenos loops de DNA em spool são chamados de nucleossomos, e cada cromossomo tem centenas de milhares deles. A estrutura resultante é comumente chamada de "colar de contas". Esse enrolamento reduz o comprimento do DNA de cerca de um metro para cerca de 14 centímetros.

O próximo passo na compactação do DNA não é tão bem compreendido, embora os resultados sejam conhecidos. De alguma forma, os nucleossomos se enrolam, talvez como pétalas em uma margarida se cada pétala fosse um nucleossomo vertical. Em seguida, os loops circulares dos nucleossomos espiralam uns sobre os outros. O resultado é uma estrutura chamada fibra de 30 nanômetros, porque é uma corda com 30 bilionésimos de metro de diâmetro. Essa fibra de 30 nanômetros então se enrola sobre si mesma, e as voltas se fecham novamente - agora mais como um novelo de lã do que um carretel de linha. Esse nível de enrolamento é suficiente para encaixar o DNA no núcleo da célula.

Quando uma célula se divide, ela se divide em duas cópias perfeitas de si mesma. Essas duas cópias perfeitas incluem dois conjuntos de DNA. Para se preparar para a duplicação, os cromossomos são condensados ​​ainda mais, alinhados em um estágio de vida celular chamado metáfase. Na metáfase, o DNA tem tantas voltas sobre voltas que é comprimido em um décimo de milésimo de seu comprimento original. Essas formas compactadas foram a primeira forma de DNA descoberta.