Un problema d'empaquetament

Imagineu que un bon dia us fan un encàrrec. Heu d’agafar un cable de 2 mil·límetres de gruix i de mil quilòmetres de llargada i l’heu d’empaquetar d’una manera compacta, manejable i que no es faci embolics. A més, cal poder desempaquetar-lo i tornar-lo a empaquetar tantes vegades com calgui i sempre de la mateixa manera. I tot s’haurà de fer de manera automàtica.

Doncs aquest és el problema al que es van enfrontar les nostres cèl·lules fa molt de temps. Les mides són proporcionals, però la idea és la mateixa: Com empaquetar l’ADN que tenim dins les nostres cèl·lules. Penseu que una cèl·lula fa una mil·lèsima de mil·límetre, però l’ADN que hi ha dins cada una d’elles mesura un metre de llargada!

En realitat, aquesta és la mida que tindria si estigués completament estirat. El gruix, però, seria d'uns pocs àtoms. En tot cas, l’ADN mai està així. Normalment està una mica empaquetat. Hi ha unes proteïnes anomenades histones que s’encarreguen d’això. Les histones agafen una forma com de plat, o de cilindre molt baixet, i l’ADN s’enrotlla al seu voltant donant-li un parell de voltes a cada histona. Podeu imaginar que si seguíssim la doble hèlix de l’ADN veuríem que dona dues voltes a una histona, segueix una mica, i dona dues voltes a una altra histona, i així anar fent. Al final el resultat és com un collaret d’histones unides per un fil d’ADN.

Normalment el tenim així. Però aquesta és una estructura dinàmica. Per expressar els gens que calgui, l’ADN s’ha de separar de la histona durant una estona, fer unes quantes còpies d’ARN i desprès tornar-se a enrotllar. I això en el tros d’ADN correcte i en el moment oportú. Una maquinària bioquímica extraordinària en la que participen centenars de proteïnes diferents treballant de manera coordinada.

De fet, les histones son algunes de les proteïnes que fan una feina més important. Per això són molt estables. Les proteïnes estan fetes d’aminoàcids, que poden presentar més o menys diferències entre espècies. Doncs entre alguna histona humana i la seva equivalent en els pèsols tant sols hi ha un únic aminoàcid de diferència!

Però quan la cèl·lula s’ha de dividir, l’ADN es duplica i ha d’anar cada copia a una de les dues cèl·lules que sortiran de la divisió. Per això s’empaqueta millor en cromosomes. Un cromosoma és el collaret d’ADN i histones, però tornat a enrotllar sobre si mateix, com un solenoide, i desprès una miqueta més empaquetat. Tot plegat és facilita, perquè el metre d’ADN no és continuat sinó que està en uns quants fragments, que donen lloc als 23 parells de cromosomes. Bé, en realitat l’ADN s’ha duplicat, de manera que quan la cèl·lula es divideix tenim dos metres d’ADN!

Però l’ADN presenta altres problemes purament mecànics. Sempre es diu que és una doble hèlix, que això permet que les dues cadenes es separin, aleshores es pot fer la copia complementaria de cada una i així obtenim dues dobles hèlix. Un mecanisme enginyós i aparentment senzill. Però agafeu dos fils, enrotlleu-los l’un al voltant de l’altre (per obtenir una doble hèlix) i desprès intenteu separar-los obrint per un costat. De seguida veureu que no es pot, que la resta de l’hèlix es deforma i s’esclafa a no ser que sigui molt curta. I en aquest cas el que passa és que es posa a girar com un molinet.

Això també ho ha tingut que resoldre la cèl·lula. Hi ha uns enzims, anomenats helicases, que van fent talls a una de les cadenes, per tal que petits fragments puguin girar i així anar-se obrint.

L’esquema de la doble hèlix de l’ADN és d’una curiosa i elegant bellesa. Però la seva aparent simplicitat oculta una enorme complexitat que encara no coneixem del tot. I sempre és divertit recordar que si sumem l'ADN de totes les nostres cèl.lules, obtindriem un filament tant llarg com la distància de la Terra fins la Lluna!