NộI Dung
Hãy tưởng tượng rằng bạn có hai sợi mỏng, mỗi sợi dài khoảng 3 1/4 feet, được giữ với nhau bằng các đoạn vật liệu chống thấm nước để tạo thành một sợi. Bây giờ hãy tưởng tượng lắp sợi chỉ đó vào một thùng chứa đầy nước có đường kính vài micromet. Đây là những điều kiện mà DNA của con người phải đối mặt trong nhân tế bào. Trang điểm hóa học DNA, cùng với hoạt động của protein, xoắn DNA hai cạnh bên ngoài thành hình xoắn ốc, hoặc xoắn, giúp DNA phù hợp với một hạt nhân nhỏ.
Kích thước
Trong nhân tế bào, DNA là một phân tử giống như sợi được cuộn chặt. Các phân tử hạt nhân và DNA khác nhau về kích thước giữa các sinh vật và loại tế bào. Trong mọi trường hợp, một thực tế vẫn nhất quán: trải dài bằng phẳng, một DNA tế bào sẽ dài hơn theo cấp số nhân so với đường kính của nhân của nó. Các hạn chế về không gian yêu cầu xoắn để làm cho DNA nhỏ gọn hơn và hóa học giải thích cách xoắn xảy ra.
Hóa học
DNA là một phân tử lớn được xây dựng từ các phân tử nhỏ hơn gồm ba thành phần hóa học khác nhau: đường, phốt phát và nitơ. Đường và phốt phát nằm ở rìa ngoài của phân tử DNA, với các bazơ được sắp xếp giữa chúng giống như các nấc thang. Cho rằng các chất lỏng trong các tế bào của chúng ta là dựa trên nước, cấu trúc này có ý nghĩa: đường và phốt phát đều ưa nước hoặc ưa nước, trong khi các bazơ là kỵ nước hoặc sợ nước.
Kết cấu
••• Hemera Technologies / AbleStock.com / Getty ImagesBây giờ, thay vì một cái thang, hình ảnh một sợi dây xoắn. Các vòng xoắn mang các sợi dây gần nhau, để lại không gian nhỏ giữa chúng. Các phân tử DNA xoắn tương tự để thu hẹp khoảng cách giữa các cơ sở kỵ nước ở bên trong. Hình dạng xoắn ốc ngăn cản nước chảy giữa chúng, đồng thời nhường chỗ cho các nguyên tử của mỗi thành phần hóa học phù hợp mà không bị chồng chéo hoặc can thiệp.
Xếp chồng
Phản ứng kỵ nước cơ sở không phải là sự kiện hóa học duy nhất ảnh hưởng đến DNA xoắn.Các bazơ nitơ nằm đối diện nhau trên DNA, hai sợi hút nhau, nhưng một lực hấp dẫn khác, được gọi là lực xếp chồng, cũng đang hoạt động. Các lực xếp chồng thu hút các căn cứ trên hoặc dưới nhau trên cùng một sợi. Các nhà nghiên cứu của Đại học Duke đã học được bằng cách tổng hợp các phân tử DNA chỉ gồm một cơ sở mà mỗi cơ sở tạo ra một lực xếp chồng khác nhau, từ đó góp phần tạo nên hình dạng xoắn ốc DNA.
Protein
Trong một số trường hợp, protein có thể khiến các phần của DNA cuộn chặt hơn nữa, tạo thành cái gọi là siêu tụ điện. Ví dụ, các enzyme hỗ trợ sao chép DNA tạo ra các vòng xoắn bổ sung khi chúng di chuyển chuỗi DNA. Ngoài ra, một loại protein có tên là 13S ngưng tụ dường như thúc đẩy các siêu tụ điện trong DNA ngay trước khi phân chia tế bào, một nghiên cứu của Đại học California, Berkeley, tiết lộ. Các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu các protein này với hy vọng hiểu thêm về các vòng xoắn trong chuỗi xoắn kép DNA.