Що змушує подвійну спіраль скручуватися в ДНК-картині?

Уявіть, що у вас є дві тоненькі нитки, кожна довжиною приблизно 3 1/4 фута, з’єднані фрагментами водовідштовхувального матеріалу, щоб утворити одну нитку. А тепер уявіть, як вставити цю нитку у наповнену водою ємність діаметром кілька мікрометрів. Це умови, з якими стикається ДНК людини в ядрі клітини. Хімічний склад ДНК, поряд з діями білків, скручують два зовнішні краї ДНК у спіральну форму або спіраль, що допомагає ДНК вписатися в крихітне ядро.

У клітинному ядрі ДНК - це щільно звита нитка, подібна до молекули. Ядра і молекули ДНК різняться за розмірами між істотами та типами клітин. У кожному випадку один факт залишається незмінним: розтягнута плоско, ДНК клітини була б експоненціально довшою за діаметр її ядра. Просторові обмеження вимагають скручування, щоб зробити ДНК більш компактною, і хімія пояснює, як відбувається скручування.

ДНК - це велика молекула, побудована з менших молекул трьох різних хімічних інгредієнтів: цукру, фосфату та азотистих основ. Цукор і фосфат знаходяться на зовнішніх краях молекули ДНК, основи розташовані між ними, як сходинки сходів. Враховуючи, що рідини в наших клітинах містять воду, така структура має сенс: цукор і фосфат одночасно гідрофільні або водолюбні, тоді як основи гідрофобні або бояться води.

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

Тепер замість драбини зобразіть скручену мотузку. Скрутки зближують нитки мотузки, залишаючи між ними мало місця. Молекула ДНК так само скручується, щоб зменшити простір між гідрофобними основами всередині. Спіральна форма стримує воду від протікання між ними, і в той же час залишає місце для атомів кожного хімічного інгредієнта, щоб вони поміщалися, не перекриваючись і не заважаючи.

Гідрофобна реакція основ - не єдина хімічна подія, яка впливає на скручування ДНК. Азотисті основи, які сидять навпроти один одного на двох нитках ДНК, притягують один одного, але інша приваблива сила, яка називається силою укладання, також грає. Сила укладання притягує основи вище або нижче один одного на одній і тій же нитці. Дослідники Університету Дьюка дізналися, синтезуючи молекули ДНК, що складаються лише з однієї основи, що кожна основа діє різну силу складання, тим самим сприяючи спіральній формі ДНК.

У деяких випадках білки можуть змусити ділянки ДНК звиватися ще сильніше, утворюючи так звані суперспіралі. Наприклад, ферменти, які допомагають у реплікації ДНК, створюють додаткові повороти під час подорожі ланцюгом ДНК. Крім того, протеїн, званий 13S конденсином, здається, спонукає суперспіралі в ДНК безпосередньо перед поділом клітин, показало дослідження Каліфорнійського університету в Берклі 1999 року. Вчені продовжують досліджувати ці білки, сподіваючись глибше зрозуміти повороти подвійної спіралі ДНК.