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Immagina due fili sottili, ciascuno lungo circa 3 piedi e mezzo, legati insieme da un rivestimento idrofobo per formare un singolo filamento. Posiziona il filamento all'interno di un tubo pieno d'acqua largo solo pochi micrometri e imirai l'ambiente che il DNA umano occupa all'interno del nucleo di una cellula.
All'interno del nucleo cellulare, il DNA è un filo densamente avvolto. Le lunghezze dei nuclei e del DNA differiscono a seconda delle specie e dei tipi di cellule, ma una costante vale:quando allungato, il DNA di una cellula sarebbe ordini di grandezza più lungo del suo nucleo. Compattare la molecola mediante torsione è quindi fondamentale, e la chimica spiega come avviene questa compattazione.
Il DNA è costituito da tre componenti fondamentali:uno zucchero, un gruppo fosfato e basi azotate. Lo zucchero e il fosfato formano la spina dorsale esterna, mentre le basi si accoppiano tra loro come i pioli di una scala. Nel citoplasma acquoso, questa disposizione ha senso:lo zucchero e il fosfato sono idrofili, attraendo l'acqua, mentre le basi sono idrofobe, quindi la evitano.
Invece di una semplice scala, immagina una corda attorcigliata. Le spire elicoidali avvicinano i fili, riducendo al minimo la distanza tra le basi idrofobiche all'interno. Questa geometria a spirale riduce l'intrusione di acqua e consente a ciascun componente chimico di occupare spazio senza conflitti.
L’attrazione idrofobica non è l’unico motore chimico della svolta. L'accoppiamento complementare delle basi tra filamenti opposti è rinforzato da un'interazione secondaria nota come impilamento delle basi, che avvicina insieme le basi adiacenti lungo lo stesso filamento. La ricerca condotta presso la Duke University, utilizzando molecole di DNA sintetico a base singola, ha dimostrato che ciascuna base contribuisce con una distinta forza di impilamento, modellando collettivamente l'elica.
Le proteine possono ulteriormente restringere il DNA formando superavvolgimenti. Gli enzimi che facilitano la replicazione introducono giri extra man mano che avanzano lungo il filo. Inoltre, è stato dimostrato che una proteina chiamata condensina 13S promuove il superavvolgimento appena prima della divisione cellulare, come riportato in uno studio del 1999 dell'Università della California, Berkeley. La ricerca in corso cerca di scoprire come tali proteine influenzano le torsioni della doppia elica.
