Ce face ca dubla helix să se răsucească într-o imagine ADN?

Imaginați-vă că aveți două fire subțiri, fiecare de aproximativ 3 1/4 picioare, ținute împreună de frânturi dintr-un material hidrofug pentru a forma un fir. Acum imaginați-vă să introduceți firul într-un recipient umplut cu apă, cu un diametru de câțiva micrometri. Acestea sunt condițiile cu care se confruntă ADN-ul uman într-un nucleu celular. Compoziția chimică a ADN-ului, împreună cu acțiunile proteinelor, răsucesc cele două margini externe ale ADN-ului într-o formă spirală sau spirală, care ajută ADN-ul să se încadreze într-un mic nucleu.

În cadrul unui nucleu celular, ADN-ul este o moleculă strâns înfășurată, asemănătoare firului. Nucleii și moleculele ADN variază în mărime între creaturi și tipuri de celule. În fiecare caz, un fapt rămâne consecvent: întins plat, ADN-ul unei celule ar fi exponențial mai lung decât diametrul nucleului său. Constrângerile de spațiu necesită răsucirea pentru a face ADN-ul mai compact, iar chimia explică modul în care se întâmplă răsucirea.

ADN-ul este o moleculă mare construită din molecule mai mici din trei ingrediente chimice diferite: zahăr, fosfat și baze azotate. Zahărul și fosfatul sunt situate pe marginile exterioare ale moleculei de ADN, cu bazele aranjate între ele ca treptele unei scări. Având în vedere că fluidele din celulele noastre au la bază apă, această structură are sens: zahărul și fosfatul sunt ambii hidrofili sau iubitori de apă, în timp ce bazele sunt hidrofobe sau înfricoșătoare de apă.

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

Acum, în locul unei scări, imaginează-ți o frânghie răsucită. Răsucirile aduc șuvițe de coardă apropiate, lăsând puțin spațiu între ele. Molecula de ADN se răsucește în mod similar pentru a micșora spațiile dintre bazele hidrofobe din interior. Forma în spirală descurajează curgerea apei între ele și, în același timp, lasă loc pentru ca atomii fiecărui ingredient chimic să se potrivească fără a se suprapune sau a interfera.

Reacția hidrofobă a bazelor nu este singurul eveniment chimic care influențează răsucirea ADN-ului. Bazele azotate care stau una față de cealaltă pe cele două fire ale ADN-ului se atrag una pe cealaltă, dar se joacă și o altă forță atractivă, numită forță de stivuire. Forța de stivuire atrage bazele una deasupra sau sub cealaltă pe același fir. Cercetătorii de la Universitatea Duke au învățat prin sintetizarea moleculelor de ADN compuse dintr-o singură bază că fiecare bază exercită o forță de stivuire diferită, contribuind astfel la forma spirală a ADN-ului.

În unele cazuri, proteinele pot determina secțiuni ale ADN-ului să se învârtă și mai strâns, formând așa-numitele super-bobine. De exemplu, enzimele care ajută la replicarea ADN creează răsuciri suplimentare pe măsură ce călătoresc pe firul de ADN. De asemenea, o proteină numită condensină 13S pare să provoace bobine superioare în ADN chiar înainte de diviziunea celulară, a dezvăluit un studiu din 1999 al Universității din California, Berkeley. Oamenii de știință continuă să cerceteze aceste proteine, sperând să înțeleagă mai bine răsucirile din dubla helică a ADN-ului.