İki DNA molekülü negatif yüklüdür ve elektrostatik yasalara göre birbirini itmelidir. Ancak hücre içinde birbirlerine neredeyse tamamen yaklaşabilir, paralel olarak hizalanabilir ve kararlı temaslar oluşturabilirler.
Şimdi araştırmacılar ilk kez böyle bir yakınlaşmanın yapısını doğrudan görmeyi başardılar.
York ve Sheffield üniversitelerinden bilim insanları, sıvı ortamda yüksek çözünürlüklü atomik kuvvet mikroskobunu kullandılar ve bunu moleküler dinamik bilgisayar modellemesiyle birleştirdiler. Görüntülerde, iki DNA çift sarmalı birkaç tur boyunca yan yana yer alıyordu ve geometrileri şaşırtıcı derecede doğru bir şekilde eşleşiyordu: büyük oluklar büyük oluklara, küçük oluklar küçük oluklara hizalanmıştı.
Bunun sonucunda moleküler bir fermuarı andıran bir yapı oluştu.
İyonlar Köprü Oluşturuyor
Bu süreçte kilit rolü, her şeyden önce magnezyum, kalsiyum ve nikel gibi iki değerlikli metal iyonları oynuyor.
DNA'nın fosfat omurgası negatif yüklü olduğundan, iki molekül doğal olarak birbirini iter. Pozitif yüklü iyonlar bu etkileşimi kısmen telafi eder ve komşu sarmallar arasında kendine özgü köprüler oluşturabilir.
Ancak mekanizma basit bir "yük nötralizasyonu"ndan daha ilginç çıktı.
Model, iyonların DNA'nın büyük ve küçük oluklarının içine yerleşebildiğini ve uzamsal olarak organize edilmiş bir temas ağı oluşturabildiğini gösterdi. Bu sayede iki sarmal sadece yakınlaşmakla kalmıyor, aynı zamanda birbirlerine göre belirli bir geometride hizalanma olanağı da kazanıyor.
Profesör Aleksey Kornyshev ve meslektaşları yaklaşık yirmi yıl önce tam da böyle bir elektrostatik "DNA fermuarı" modeli önermişlerdi. O zamana kadar bu büyük ölçüde teorik kalmıştı.
Şimdi araştırmacılar bunun doğrudan yapısal onayını aldılar.
Her İyon Aynı Davranmıyor
Farklı metaller farklı türde temaslar oluşturuyor.
Nikel iyonları, DNA'nın belirli bölgeleriyle daha lokalize etkileşimler sergiledi. Magnezyum ve kalsiyum daha çeşitli bağ ağları oluşturdu ve hem küçük hem de büyük oluklardaki temaslara katılabildi.
Bu, kimyasal çevrenin, iki DNA molekülünün ne kadar kararlı bir şekilde yan yana duracağını ve birbirlerine göre nasıl hizalanacağını etkileyebileceği anlamına geliyor.
Ancak burada çok ileri gitmemek önemlidir: deney, DNA'nın sadece iyonlar sayesinde kendi başına ve hatasız bir şekilde özdeş bir diziyi tanıdığını göstermiyor.
Araştırmacılar hem benzer hem de farklı diziler arasındaki temasları gözlemlediler. Yazarlar, dizi eşleşmesinin doğru hizalamayı desteklemeye ve temasın molekül boyunca yayılmasına yardımcı olabileceğini öne sürüyorlar, ancak bu mekanizmanın daha ayrıntılı incelenmesi gerekiyor.
DNA Neden Yakınlaşmalı?
Bu tür etkileşimler, hücre içindeki temel süreçler için önem taşıyabilir: kromozomların organizasyonu, genom bölgelerinin etkileşimi ve DNA moleküllerinin benzer dizileri bulup eşleştirmesi gereken mekanizmalar.
Bu çalışma DNA nanoteknolojisi açısından da ilgi çekicidir. Araştırmacılar iki sarmalı birbirine yaklaştıran kuvvetleri ve iyonların bu süreci nasıl etkilediğini ne kadar iyi anlarsa, DNA temelli yapay yapılar — örneğin DNA origami tasarımları ve diğer programlanabilir nanoyapılar — o kadar hassas bir şekilde tasarlanabilir.
Ancak belki de araştırmanın en ilginç kısmı başka bir yerde.
Moleküler düzeyde yaşam, ilk bakışta fiziksel olarak imkânsız görünen sorunları sürekli çözer. Negatif yüklü iki sarmalın birbirinden uzaklaşması gerekirken, tam tersine yan yana gelir ve oluklarını tam olarak hizalar.
Ve birkaç küçük iyon, itmeyi düzenli bir temas haline dönüştürmeye yardımcı olur.
