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Immagina di avere due fili sottili, ciascuno lungo circa 3 1/4 piedi, tenuti insieme da frammenti di materiale idrorepellente per formare un filo. Ora immagina di inserire quel filo in un contenitore pieno d'acqua di alcuni micrometri di diametro. Queste sono le condizioni che il DNA umano deve affrontare all'interno di un nucleo cellulare. La composizione chimica del DNA, insieme all'azione delle proteine, attorciglia i due bordi esterni del DNA in una forma a spirale, o elica, che aiutano il DNA a inserirsi in un piccolo nucleo.
Taglia
All'interno di un nucleo cellulare, il DNA è una molecola a spirale strettamente arrotolata. Le molecole di nuclei e DNA hanno dimensioni variabili tra le creature e i tipi di cellule. In ogni caso, un fatto rimane coerente: allungato piatto, il DNA di una cellula sarebbe esponenzialmente più lungo del diametro del suo nucleo. I vincoli spaziali richiedono torsioni per rendere il DNA più compatto e la chimica spiega come avviene la torsione.
Chimica
Il DNA è una grande molecola costruita da molecole più piccole di tre diversi ingredienti chimici: zucchero, fosfato e basi azotate. Lo zucchero e il fosfato si trovano sui bordi esterni della molecola del DNA, con le basi disposte tra loro come i pioli di una scala. Dato che i fluidi nelle nostre cellule sono a base d'acqua, questa struttura ha un senso: lo zucchero e il fosfato sono sia idrofili che amanti dell'acqua, mentre le basi sono idrofobiche o temibili dall'acqua.
Struttura
••• Hemera Technologies / AbleStock.com / Getty ImagesOra, invece di una scala, immagina una corda attorcigliata. I colpi di scena avvicinano i fili della corda, lasciando poco spazio tra di loro. Allo stesso modo la molecola di DNA si attorciglia per ridurre gli spazi tra le basi idrofobiche all'interno. La forma a spirale impedisce all'acqua di fluire tra loro e allo stesso tempo lascia spazio agli atomi di ciascun ingrediente chimico per adattarsi senza sovrapposizioni o interferenze.
impilabile
La reazione idrofobica delle basi non è l'unico evento chimico che influenza la torsione del DNA.Le basi azotate che si trovano una di fronte all'altra sui DNA si attraggono due filamenti, ma è in gioco anche un'altra forza attrattiva, chiamata forza di accatastamento. La forza di accatastamento attira le basi sopra o sotto l'altra sullo stesso filo. I ricercatori della Duke University hanno imparato sintetizzando molecole di DNA composte da una sola base che ciascuna base esercita una diversa forza di impilamento, contribuendo così alla forma a spirale del DNA.
proteine
In alcuni casi, le proteine possono indurre le sezioni di DNA a avvolgersi ancora più strettamente, formando i cosiddetti superavvolti. Ad esempio, gli enzimi che aiutano la replicazione del DNA creano ulteriori colpi di scena mentre viaggiano il filamento di DNA. Inoltre, una proteina chiamata 13S condensin sembra indurre superavvolgimenti nel DNA proprio prima della divisione cellulare, ha rivelato uno studio dell'Università della California, Berkeley del 1999. Gli scienziati continuano a ricercare queste proteine nella speranza di comprendere ulteriormente i colpi di scena nella doppia elica del DNA.