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Imagínese dos hebras delgadas, cada una de aproximadamente 3¼ pies de largo, unidas por una capa hidrófoba para formar un solo filamento. Coloque ese filamento dentro de un tubo lleno de agua de sólo unos pocos micrómetros de diámetro y estará imitando el entorno que ocupa el ADN humano dentro del núcleo de una célula.
Dentro del núcleo celular, el ADN es un hilo densamente enrollado. Las longitudes de los núcleos y del ADN difieren entre especies y tipos de células, pero se mantiene una constante:cuando se estira, el ADN de una célula sería órdenes de magnitud más largo que su núcleo. Por lo tanto, compactar la molécula mediante torsión es esencial, y la química explica cómo se produce esta compactación.
El ADN está formado por tres componentes fundamentales:un azúcar, un grupo fosfato y bases nitrogenadas. El azúcar y el fosfato forman la columna vertebral exterior, mientras que las bases se emparejan entre sí como los peldaños de una escalera. En el citoplasma acuoso, esta disposición tiene sentido:el azúcar y el fosfato son hidrófilos, atrayendo el agua, mientras que las bases son hidrófobas, evitándola.
En lugar de una simple escalera, imagina una cuerda retorcida. Los giros helicoidales acercan los hilos, minimizando la distancia entre las bases hidrofóbicas del interior. Esta geometría en espiral reduce la intrusión de agua y permite que cada componente químico ocupe espacio sin chocar.
La atracción hidrofóbica no es el único factor químico que provoca la torsión. El emparejamiento de bases complementarias entre hebras opuestas se refuerza mediante una interacción secundaria conocida como apilamiento de bases, que une bases adyacentes a lo largo de la misma hebra. Una investigación realizada en la Universidad de Duke, utilizando moléculas sintéticas de ADN de base única, demostró que cada base aporta una fuerza de apilamiento distinta, dando forma colectivamente a la hélice.
Las proteínas pueden apretar aún más el ADN en superenrollamientos. Las enzimas que facilitan la replicación introducen vueltas adicionales a medida que avanzan a lo largo de la cadena. Además, se ha demostrado que una proteína llamada condensina 13S promueve el superenrollamiento justo antes de la división celular, como se informó en un estudio de 1999 de la Universidad de California en Berkeley. La investigación en curso busca descubrir cómo dichas proteínas influyen en los giros de la doble hélice.
