Bir DNA Resminde Çift Sarmalın Bükülmesine Neden Olan Nedir?

Her biri yaklaşık 3 1/4 fit uzunluğunda iki ince ipiniz olduğunu ve tek bir iplik oluşturacak şekilde su geçirmez bir malzemeden parçalarla bir arada tutulduğunu hayal edin. Şimdi bu ipliği birkaç mikrometre çapında su dolu bir kaba yerleştirdiğinizi hayal edin. Bunlar, insan DNA'sının bir hücre çekirdeği içinde karşılaştığı koşullardır. DNA'nın kimyasal yapısı, proteinlerin eylemleriyle birlikte, DNA'nın iki dış kenarını, DNA'nın küçük bir çekirdeğe sığmasına yardımcı olan sarmal bir şekle veya sarmal şeklinde büker.

Bir hücre çekirdeği içinde DNA, sıkıca sarılmış, ipliksi bir moleküldür. Çekirdekler ve DNA molekülleri, canlılar ve hücre türleri arasında büyüklük bakımından farklılık gösterir. Her durumda, bir gerçek tutarlı kalır: düz gerilmiş bir hücrenin DNA'sı, çekirdeğinin çapından katlanarak daha uzun olacaktır. Alan kısıtlamaları, DNA'yı daha kompakt hale getirmek için bükülmeyi gerektirir ve kimya, bükülmenin nasıl olduğunu açıklar.

DNA, üç farklı kimyasal bileşenin daha küçük moleküllerinden oluşan büyük bir moleküldür: şeker, fosfat ve azotlu bazlar. Şeker ve fosfat, DNA molekülünün dış kenarlarında bulunur ve bazlar bir merdivenin basamakları gibi aralarında düzenlenir. Hücrelerimizdeki sıvıların su bazlı olduğu göz önüne alındığında, bu yapı mantıklıdır: şeker ve fosfat hem hidrofilik hem de suyu sever, bazlar ise hidrofobik veya sudan korkar.

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

Şimdi, bir merdiven yerine bükülmüş bir ip hayal edin. Bükümler, ipin ipliklerini birbirine yaklaştırarak aralarında çok az boşluk bırakır. DNA molekülü de benzer şekilde içerdeki hidrofobik bazlar arasındaki boşlukları küçültmek için kıvrılır. Spiral şekil, suyun aralarında akmasını engeller ve aynı zamanda her kimyasal bileşenin atomlarının üst üste binmeden veya karışmadan uyması için yer bırakır.

Bazların hidrofobik reaksiyonu, DNA'nın bükülmesini etkileyen tek kimyasal olay değildir. DNA'nın iki zincirinde karşılıklı duran azotlu bazlar birbirini çeker, ancak istifleme kuvveti adı verilen başka bir çekici kuvvet de işin içindedir. İstifleme kuvveti, aynı iplik üzerindeki bazları birbirinin üstünde veya altında çeker. Duke Üniversitesi araştırmacıları, sadece bir bazdan oluşan DNA moleküllerini sentezleyerek, her bazın farklı bir istifleme kuvveti uyguladığını ve böylece DNA'nın spiral şekline katkıda bulunduğunu öğrendi.

Bazı durumlarda, proteinler DNA bölümlerinin daha da sıkı bir şekilde sarılmasına neden olarak sözde süper bobinler oluşturabilir. Örneğin, DNA replikasyonuna yardımcı olan enzimler, DNA zincirinde dolaşırken ek bükülmeler yaratır. Ayrıca, 1999 California Üniversitesi, Berkeley'de yapılan bir araştırmaya göre, 13S kondensin adı verilen bir protein, hücre bölünmesinden hemen önce DNA'da süper sarmalları harekete geçiriyor gibi görünüyor. Bilim adamları, DNA çift sarmalındaki bükülmeleri daha iyi anlamayı umarak bu proteinleri araştırmaya devam ediyor.