Vad orsakar att dubbelhelixen vrids i en DNA-bild?

Tänk dig att du har två tunna strängar, vardera ca 3 1/4 fot långa, som hålls samman av bitar av ett vattenavvisande material för att bilda en tråd. Tänk dig att montera den tråden i en vattenfylld behållare med några mikrometer i diameter. Dessa är de förhållanden som mänskligt DNA möter i en cellkärna. DNA: s kemiska sammansättning, tillsammans med proteinernas verkan, vrider DNA: s två yttre kanter till en spiralform eller spiral som hjälper DNA att passa in i en liten kärna.

Inom en cellkärna är DNA en tätt lindad, trådliknande molekyl. Kärnor och DNA-molekyler varierar i storlek mellan varelser och celltyper. I varje fall förblir ett faktum konsekvent: sträckt platt, skulle en cells DNA vara exponentiellt längre än kärnans diameter. Utrymmesbegränsningarna kräver vridning för att göra DNA mer kompakt, och kemi förklarar hur vridningen sker.

DNA är en stor molekyl byggd av mindre molekyler med tre olika kemiska ingredienser: socker, fosfat och kvävebaser. Sockret och fosfatet ligger på ytterkanterna av DNA-molekylen, med baserna anordnade mellan dem som stegens steg. Med tanke på att vätskorna i våra celler är vattenbaserade är den här strukturen meningsfull: socker och fosfat är båda hydrofila eller vattenälskande, medan baserna är hydrofoba eller vattenfruktande.

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

Nu, istället för en stege, föreställ dig ett tvinnat rep. Vridningarna tar repen av repet nära varandra och lämnar lite utrymme mellan dem. DNA-molekylen vrider sig på liknande sätt för att krympa utrymmet mellan de hydrofoba baserna på insidan. Spiralformen avskräcker vatten från att rinna mellan dem och lämnar samtidigt utrymme för atomerna hos varje kemisk ingrediens att passa utan att överlappa eller störa.

Basernas hydrofoba reaktion är inte den enda kemiska händelsen som påverkar DNA: s vridning. De kvävehaltiga baserna som sitter mitt emot varandra på DNA: s två strängar lockar varandra, men en annan attraktiv kraft, kallad staplingskraft, är också i spel. Staplingskraften drar till sig baserna ovanför eller under varandra på samma tråd. Duke University-forskare har lärt sig genom att syntetisera DNA-molekyler som består av bara en bas att varje bas utövar en annan staplingskraft och därigenom bidrar till DNA: s spiralform.

I vissa fall kan proteiner få DNA-sektioner att rulla ännu tätare och bilda så kallade superspolar. Till exempel, enzymer som hjälper till med DNA-replikering skapar ytterligare vändningar när de reser DNA-strängen. Ett protein som kallas 13S-kondensin verkar också leda till superspolar i DNA strax före celldelning, avslöjade en studie från 1999 University of California, Berkeley. Forskare fortsätter att undersöka dessa proteiner i hopp om att förstå ytterligare vridningarna i DNA-dubbelspiralen.