Onder de omstandigheden die in cellen worden aangetroffen, neemt DNA een dubbele helixstructuur aan. Hoewel er verschillende variaties op deze dubbele helixstructuur bestaan, hebben ze allemaal dezelfde basisvorm met een gedraaide ladder. Deze structuur geeft DNA fysische en chemische eigenschappen die het zeer stabiel maken. Deze stabiliteit is belangrijk omdat het voorkomt dat de twee DNA-strengen spontaan uiteenvallen en een belangrijke rol speelt in de manier waarop DNA wordt gekopieerd.

Thermodynamica

Entropie is een fysieke eigenschap die analoog is aan wanorde. De tweede wet van de thermodynamica suggereert dat processen zoals de vorming van een dubbele helix alleen spontaan zullen plaatsvinden als ze resulteren in een netto toename van entropie (voornamelijk aangegeven door de afgifte van warmte). Hoe groter de toename van entropie die gepaard gaat met de vorming van de helix, hoe groter de afgifte van warmte in de omgeving van het molecuul en hoe stabieler de dubbele helix zal zijn. De dubbele helix is ​​stabiel omdat de vorming ervan leidt tot een toename van de entropie. (Daarentegen leidt DNA-afbraak tot een afname van entropie zoals aangegeven door absorptie van warmte.)

Nucleotiden

Het DNA-molecuul is gemaakt van vele subeenheden die in een lange, verwrongen vorm aan elkaar gehecht zijn. ladderachtige ketting. De individuele subeenheden worden nucleotiden genoemd. DNA in cellen wordt bijna altijd gevonden in dubbelstrengs vorm, waarbij twee polymeerdraden met elkaar worden verbonden om een ​​enkel molecuul te vormen. Bij de pH (zoutconcentratie) en de temperatuuromstandigheden die in cellen worden aangetroffen, resulteert de vorming van een dubbele helix in een netto toename in entropie. Dit is de reden waarom de resulterende structuur stabieler is dan de twee strengen zouden zijn als ze gescheiden zouden blijven.

Stabiliserende factoren

Wanneer twee strengen DNA samenkomen, vormen ze zwakke chemische bindingen genaamd waterstofbruggen tussen de nucleotiden in de twee ketens. Bondvorming geeft energie vrij en draagt ​​zo bij tot een netto toename van entropie. Een extra entropieboost is afkomstig van interacties tussen de nucleotiden in het centrum van de helix; dit worden basis-stapeling interacties genoemd. De negatief geladen fosfaatgroepen in de ruggengraat van de DNA-strengen stoten elkaar af. Deze destabiliserende interactie wordt echter overwonnen door de gunstige waterstofbinding en basis-stapeling interacties. Dit is de reden waarom de structuur met dubbele helix stabieler is dan enkele strengen: de formatie veroorzaakt een netto toename in entropie.

Vormen van DNA

DNA kan een van de verschillende dubbele-helixstructuren aannemen: dit zijn de A, B en Z vormen van DNA. De B-vorm, de meest stabiele onder cellulaire omstandigheden, wordt beschouwd als de "standaard" vorm; het is degene die je meestal ziet in illustraties. De A-vorm is een dubbele helix maar is veel gecomprimeerder dan de B-vorm. En de Z-vorm is in de tegenovergestelde richting gedraaid dan de B-vorm en de structuur is veel "uitgerekt". De A-vorm wordt niet gevonden in cellen, hoewel sommige actieve genen in cellen de Z-vorm lijken aan te nemen. Wetenschappers begrijpen nog niet volledig welke betekenis dit kan hebben en of dit van enig evolutionair belang is