Uma característica marcante das moléculas de DNA de ocorrência natural é o seu comprimento. As moléculas de DNA devem ser longas para codificar o grande número de proteínas presentes mesmo nas células mais simples. O cromossomo de E. coli, por exemplo, é uma molécula única de DNA de dupla hélice consistindo em quatro milhões de pares de bases. O comprimento de 1,4 mm desta molécula tem uma dimensão macrascópica, enquanto seu diâmetro de apenas 20 angstrons está na escala atômica. O maior cromossomo de uma Drosophila melanogaster contém uma única molécula de DNA com um comprimento de 2,1 cm. Tais moléculas altamente assimétricas são muito susceptíveis a clivagens por forças desagregadoras de cisalhamento. A menos que sejam tomadas precauções especiais no seu manuzeio, elas facilmente se quebram em segmentos cujas massas são um milésimo da molécula original.
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A microscopia eletrônica mostrou que moléculas intactas de DNA de muitas fontes são circulares. O termo circular refere-se à continuidade da cadeia de DNA, não à sua forma geométrica. As moléculas de DNA in vivo têm necessariamente uma forma muito compacta. Note que o comprimento de cromossomo de E. coli é cerca de um milhão de vezes maior que o maior diâmetro de bactéria.
Uma nova propriedade surge na conversão de um dupléx de DNA linear em uma molécula circular fechada. O eixo da dupla hélice pode ser torcido para formar uma superélice. Um DNA circular sem giros de superélice é conhecido como uma molécula relaxada. A superélice é biologicamente importante por dois motivos. Primeiro, um DNA superelicoidizado tem uma forma mais compacta do que sua parente relaxada. A superilicoidilização é crítica para a compactação do DNA na célula. Segundo, a superilicoidilização afeta a capacidade da dupla hélice em se desenrolar, e, portanto, afeta suas interações com outras moléculas.
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