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それぞれが約3 1/4フィートの長さの2本の細いストランドが、撥水材料のスニペットで結合されて1つのスレッドを形成していると想像してください。次に、直径数マイクロメートルの水で満たされた容器にその糸をはめ込むことを想像してください。これらは、人間のDNAが細胞核内で直面する状態です。 DNAの化学的構成は、タンパク質の作用とともに、DNAの2つの外側の縁をらせん形またはらせんにねじり、DNAが小さな核に収まるのを助けます。
サイズ
細胞核内では、DNAはきつく巻かれた糸状の分子です。核とDNA分子は、生物や細胞の種類によってサイズが異なります。すべての場合において、1つの事実は一貫したままです：平らに引き伸ばされ、細胞DNAはその核の直径より指数関数的に長くなります。スペースの制約により、DNAをよりコンパクトにするためにねじれが必要になり、化学はねじれがどのように起こるかを説明しています。
化学
DNAは、砂糖、リン酸塩、窒素塩基という3つの異なる化学成分の小さな分子から構成される大きな分子です。糖とリン酸塩はDNA分子の外側の端にあり、はしごの横木のように塩基がそれらの間に配置されています。細胞内の液体は水ベースであるため、この構造は理にかなっています。糖とリン酸塩は両方とも親水性または水を好むが、塩基は疎水性または水を恐れます。
構造
•••Hemera Technologies / AbleStock.com / Getty Images今、はしごの代わりに、ねじれたロープを想像してください。ねじれは、ロープのストランドを互いに近づけ、それらの間に少しのスペースを残します。 DNA分子も同様にねじれて、内側の疎水性ベース間のスペースを縮小します。らせん形状は、水がそれらの間を流れるのを妨げ、同時に、各化学成分の原子が重なり合ったり干渉したりすることなく適合するための余地を残します。
スタッキング
塩基の疎水性反応は、DNAのねじれに影響する唯一の化学イベントではありません。2本のDNAのDNAで互いに向かい合っている窒素含有塩基は互いに引き付けますが、スタッキング力と呼ばれる別の引き付け力も働いています。スタッキング力は、同じストランド上で互いの上または下のベースを引き付けます。デューク大学の研究者は、1つの塩基だけで構成されるDNA分子を合成することで、各塩基が異なるスタッキング力を発揮し、それによってDNAのらせん形状に寄与することを学びました。
たんぱく質
場合によっては、タンパク質がDNAのセクションをさらにきつく巻き、いわゆるスーパーコイルを形成することがあります。たとえば、DNA複製を支援する酵素は、DNA鎖を移動するときに追加のねじれを作成します。また、13Sコンデンシンと呼ばれるタンパク質は、細胞分裂の直前にDNAのスーパーコイルを促すように思われます。科学者は、DNA二重らせんのねじれをさらに理解することを期待して、これらのタンパク質の研究を続けています。