Υπό τις συνθήκες που βρίσκονται στα κύτταρα, το DNA υιοθετεί μια δομή διπλής έλικας. Αν και υπάρχουν πολλές παραλλαγές σε αυτή τη δομή διπλής έλικας, όλες έχουν το ίδιο βασικό σχήμα στριμμένης σκάλας. Αυτή η δομή δίνει στο DNA φυσικές και χημικές ιδιότητες που το καθιστούν πολύ σταθερό. Αυτή η σταθερότητα είναι σημαντική επειδή εμποδίζει τους δύο κλώνους DNA να σπάσουν αυτόματα και παίζει σημαντικό ρόλο στον τρόπο αντιγραφής του DNA.
Θερμοδυναμική
Η εντροπία είναι μια φυσική ιδιότητα ανάλογη με τη διαταραχή. Ο Δεύτερος Νόμος της Θερμοδυναμικής υποδηλώνει ότι διαδικασίες όπως ο σχηματισμός μιας διπλής έλικας συμβαίνει αυθόρμητα μόνο εάν έχουν ως αποτέλεσμα καθαρή αύξηση της εντροπίας (υποδεικνύεται κυρίως από την απελευθέρωση του θερμότητα). Όσο μεγαλύτερη είναι η αύξηση της εντροπίας που συνοδεύει το σχηματισμό της έλικας, τόσο μεγαλύτερη είναι η απελευθέρωση θερμότητας στο περιβάλλον του μορίου και τόσο πιο σταθερή θα είναι η διπλή έλικα. Η διπλή έλικα είναι σταθερή επειδή ο σχηματισμός της οδηγεί σε αύξηση της εντροπίας. (Αντίθετα, η διάσπαση του DNA οδηγεί σε μείωση της εντροπίας, όπως υποδεικνύεται από την απορρόφηση της θερμότητας.)
Νουκλεοτίδια
Το μόριο DNA κατασκευάζεται από πολλές υπομονάδες που συνδέονται μεταξύ τους σε μια μακρά, στριμμένη αλυσίδα σαν σκάλα. Οι μεμονωμένες υπομονάδες ονομάζονται νουκλεοτίδια. Το DNA στα κύτταρα βρίσκεται σχεδόν πάντα σε δίκλωνη μορφή, όπου δύο κλώνοι πολυμερών συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα μόριο. Στο ρΗ (συγκέντρωση άλατος) και συνθήκες θερμοκρασίας που βρίσκονται στα κύτταρα, ο σχηματισμός διπλής έλικας οδηγεί σε καθαρή αύξηση της εντροπίας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η προκύπτουσα δομή είναι πιο σταθερή από ό, τι τα δύο σκέλη θα ήταν αν παρέμεναν ξεχωριστά.
Σταθεροποιητικοί παράγοντες
Όταν δύο κλώνοι του DNA ενώνονται, σχηματίζουν αδύναμους χημικούς δεσμούς που ονομάζονται δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των νουκλεοτιδίων στις δύο αλυσίδες. Ο σχηματισμός δεσμών απελευθερώνει ενέργεια και συνεπώς συμβάλλει στην καθαρή αύξηση της εντροπίας. Μια επιπλέον ώθηση εντροπίας προέρχεται από αλληλεπιδράσεις μεταξύ των νουκλεοτιδίων στο κέντρο της έλικας. Αυτές ονομάζονται αλληλεπιδράσεις στοίβαξης βάσης. Οι αρνητικά φορτισμένες φωσφορικές ομάδες στη ραχοκοκαλιά των κλώνων DNA απωθούν μεταξύ τους. Ωστόσο, αυτή η αποσταθεροποιητική αλληλεπίδραση ξεπερνιέται από τις ευνοϊκές αλληλεπιδράσεις δέσμευσης υδρογόνου και στοίβαξης βάσης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η δομή διπλής έλικας είναι πιο σταθερή από τα μονόκλωνα: ο σχηματισμός της προκαλεί καθαρό κέρδος στην εντροπία.
Μορφές DNA
Το DNA μπορεί να υιοθετήσει μία από τις πολλές διαφορετικές δομές διπλής έλικας: αυτές είναι οι μορφές DNA, Α, Β και Ζ. Η μορφή Β, η πιο σταθερή υπό κυτταρικές συνθήκες, θεωρείται η «τυπική» μορφή. είναι αυτό που συνήθως βλέπετε στις εικόνες. Η φόρμα Α είναι διπλή έλικα, αλλά είναι πολύ πιο συμπιεσμένη από τη φόρμα Β. Και, η μορφή Ζ είναι στριμμένη προς την αντίθετη κατεύθυνση από τη μορφή Β και η δομή της είναι πολύ περισσότερο "απλωμένο." Η μορφή Α δεν βρίσκεται στα κύτταρα, αν και ορισμένα ενεργά γονίδια στα κύτταρα φαίνεται να υιοθετούν το Φόρμα Ζ. Οι επιστήμονες δεν καταλαβαίνουν ακόμη πλήρως τι σημασία μπορεί να έχει ή εάν αυτό έχει εξελικτική σημασία.