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Imagine que você tem dois fios finos, cada um com cerca de 90 cm de comprimento, unidos por trechos de um material repelente à água para formar um fio. Agora imagine encaixar esse fio em um recipiente cheio de água com alguns micrômetros de diâmetro. Essas são as condições que o DNA humano enfrenta dentro de um núcleo celular. A composição química dos DNAs, juntamente com as ações das proteínas, torce os DNAs em duas bordas externas em forma de espiral, ou hélice, que ajudam o DNA a se encaixar em um pequeno núcleo.
Tamanho
Dentro de um núcleo celular, o DNA é uma molécula firmemente enrolada, semelhante a um fio. Núcleos e moléculas de DNA variam em tamanho entre criaturas e tipos de células. Em todo caso, um fato permanece consistente: esticado, o DNA de uma célula seria exponencialmente maior que o diâmetro de seu núcleo. As restrições de espaço requerem torção para tornar o DNA mais compacto, e a química explica como a torção acontece.
Química
O DNA é uma molécula grande construída a partir de moléculas menores de três ingredientes químicos diferentes: açúcar, fosfato e bases nitrogenadas. O açúcar e o fosfato estão localizados nas bordas externas da molécula de DNA, com as bases dispostas entre elas como os degraus de uma escada. Dado que os fluidos em nossas células são à base de água, essa estrutura faz sentido: o açúcar e o fosfato são hidrofílicos ou gostam de água, enquanto as bases são hidrofóbicas ou temem a água.
Estrutura
••• Hemera Technologies / AbleStock.com / Getty ImagesAgora, em vez de uma escada, imagine uma corda torcida. As torções aproximam os fios da corda, deixando pouco espaço entre eles. A molécula de DNA também se torce para diminuir os espaços entre as bases hidrofóbicas no interior. A forma em espiral desencoraja a água de fluir entre eles e, ao mesmo tempo, deixa espaço para os átomos de cada ingrediente químico se ajustarem sem sobreposição ou interferência.
Empilhamento
A reação hidrofóbica das bases não é o único evento químico que influencia a torção do DNA.As bases nitrogenadas que se assentam umas nas outras nos DNAs, duas cadeias se atraem, mas outra força atraente, chamada força de empilhamento, também está em jogo. A força de empilhamento atrai as bases acima ou abaixo uma da outra na mesma fita. Pesquisadores da Duke University aprenderam sintetizando moléculas de DNA compostas de apenas uma base que cada base exerce uma força de empilhamento diferente, contribuindo assim para a forma espiral do DNA.
Proteínas
Em alguns casos, as proteínas podem fazer com que as seções do DNA se enrolem ainda mais firmemente, formando as chamadas super bobinas. Por exemplo, enzimas que auxiliam na replicação do DNA criam torções adicionais à medida que viajam pela fita de DNA. Além disso, uma proteína chamada 13S condensin parece provocar super-bobinas no DNA pouco antes da divisão celular, revelou um estudo da Universidade da Califórnia em 1999, Berkeley. Os cientistas continuam pesquisando essas proteínas na esperança de entender melhor as reviravoltas na dupla hélice do DNA.