Что заставляет двойную спираль закручиваться на изображении ДНК?

Представьте, что у вас есть две тонкие нити, каждая длиной около 3 1/4 фута, которые скреплены кусочками водоотталкивающего материала и образуют одну нить. А теперь представьте, что эту резьбу вставляют в наполненный водой контейнер диаметром несколько микрометров. Это условия, с которыми сталкивается ДНК человека в ядре клетки. Химический состав ДНК, наряду с действием белков, скручивает два внешних края ДНК в спиральную форму или спираль, которая помогает ДНК вписаться в крошечное ядро.

Внутри ядра клетки ДНК представляет собой плотно скрученную нитевидную молекулу. Ядра и молекулы ДНК различаются по размеру у разных существ и типов клеток. В каждом случае остается неизменным один факт: при плоском растяжении ДНК клетки будет экспоненциально длиннее, чем диаметр ее ядра. Ограниченное пространство требует скручивания, чтобы сделать ДНК более компактной, и химия объясняет, как это скручивание происходит.

ДНК - это большая молекула, построенная из более мелких молекул трех различных химических ингредиентов: сахара, фосфата и азотистых оснований. Сахар и фосфат расположены на внешних краях молекулы ДНК, а основания расположены между ними, как ступеньки лестницы. Учитывая, что жидкости в наших клетках имеют водную основу, такая структура имеет смысл: сахар и фосфат оба гидрофильны или водолюбивы, в то время как основания гидрофобны или водобоязненны.

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

Теперь вместо лестницы изобразите скрученную веревку. Скручивания сближают пряди веревки, оставляя мало места между ними. Молекула ДНК так же скручивается, чтобы сузить пространство между гидрофобными основаниями внутри. Форма спирали препятствует протеканию воды между ними, и в то же время оставляет место для атомов каждого химического ингредиента, чтобы они могли поместиться без перекрытия или вмешательства.

Гидрофобная реакция оснований - не единственное химическое событие, которое влияет на поворот ДНК. Азотистые основания, расположенные напротив друг друга на двух нитях ДНК, притягивают друг друга, но действует и другая сила притяжения, называемая силой складывания. Сила укладки притягивает основания друг к другу на одной и той же пряди. Исследователи из Университета Дьюка узнали, синтезируя молекулы ДНК, состоящие только из одного основания, что каждое основание оказывает различную силу складывания, тем самым внося свой вклад в спиральную форму ДНК.

В некоторых случаях белки могут заставлять участки ДНК скручиваться еще более плотно, образуя так называемые суперспирали. Например, ферменты, которые помогают в репликации ДНК, создают дополнительные изгибы, перемещаясь по цепи ДНК. Кроме того, как показало исследование Калифорнийского университета в Беркли в 1999 году, белок под названием 13S конденсин вызывает суперспирали в ДНК незадолго до деления клеток. Ученые продолжают исследовать эти белки в надежде глубже понять изгибы двойной спирали ДНК.