Nas condições encontradas nas células, o DNA adota uma estrutura de dupla hélice. Embora existam várias variações nesta estrutura de dupla hélice, todas elas têm a mesma forma básica de escada torcida. Essa estrutura confere propriedades físicas e químicas ao DNA que a tornam muito estável. Essa estabilidade é importante porque impede que as duas fitas de DNA se quebrem espontaneamente e desempenhe um papel importante na maneira como o DNA é copiado.

Termodinâmica

A entropia é uma propriedade física análoga à desordem. A Segunda Lei da Termodinâmica sugere que processos como a formação de uma dupla hélice acontecerão espontaneamente apenas se resultarem em um aumento líquido na entropia (indicado principalmente pela liberação de calor). Quanto maior o aumento da entropia que acompanha a formação da hélice, maior a liberação de calor no ambiente da molécula e mais estável será a dupla hélice. A dupla hélice é estável porque sua formação leva a um aumento na entropia. (Em contraste, o rompimento do DNA leva a uma diminuição na entropia, conforme indicado pela absorção de calor.)

Nucleotídeos

A molécula de DNA é feita de muitas subunidades ligadas umas às outras em uma longa e torcida cadeia de escada. As subunidades individuais são chamadas de nucleotídeos. O DNA nas células é quase sempre encontrado na forma de fita dupla, onde duas cadeias de polímeros são ligadas entre si para formar uma única molécula. Nas condições de pH (concentração de sal) e temperatura encontradas nas células, a formação de uma dupla hélice resulta em um aumento líquido na entropia. É por isso que a estrutura resultante é mais estável do que as duas cadeias seria se elas permanecessem separadas.

Fatores Estabilizantes

Quando duas cadeias de DNA se juntam, elas formam ligações químicas fracas chamadas ligações de hidrogênio entre os nucleotídeos nas duas cadeias. A formação de ligações libera energia e, portanto, contribui para um aumento líquido na entropia. Um aumento de entropia adicional vem das interações entre os nucleotídeos no centro da hélice; essas são chamadas de interações de empilhamento de base. Os grupos fosfato carregados negativamente no esqueleto das cadeias de DNA repelem-se mutuamente. No entanto, essa interação desestabilizadora é superada pelas interações favoráveis ​​de ligação de hidrogênio e empilhamento de base. É por isso que a estrutura da hélice dupla é mais estável que as cadeias simples: sua formação causa um ganho líquido na entropia.

Formas de DNA

O DNA pode adotar uma das várias estruturas de dupla hélice diferentes: estas são as formas A, B e Z do DNA. A forma B, a mais estável sob condições celulares, é considerada a forma "padrão"; é o que você costuma ver nas ilustrações. A forma A é uma dupla hélice, mas é muito mais comprimida que a forma B. E a forma Z é torcida na direção oposta à da forma B e sua estrutura é muito mais "esticada". A forma A não é encontrada nas células, embora alguns genes ativos nas células pareçam adotar a forma Z. Os cientistas ainda não entendem completamente o significado que isso possa ter ou se isso tem alguma importância evolutiva.