En las condiciones que se encuentran en las células, el ADN adopta una estructura de doble hélice. Aunque existen varias variaciones en esta estructura de doble hélice, todas tienen la misma forma básica de escalera retorcida. Esta estructura le da al ADN propiedades físicas y químicas que lo hacen muy estable. Esta estabilidad es importante porque evita que las dos cadenas de ADN se rompan espontáneamente y juega un papel importante en la forma en que se copia el ADN.
Termodinámica
La entropía es una propiedad física análoga al desorden. La Segunda Ley de la Termodinámica sugiere que procesos como la formación de una doble hélice suceden espontáneamente solo si dan como resultado un aumento neto de la entropía (indicado principalmente por la liberación de calor). Cuanto mayor sea el aumento de entropía que acompaña a la formación de la hélice, mayor será la liberación de calor en el entorno de la molécula y más estable será la doble hélice. La doble hélice es estable porque su formación conduce a un aumento de la entropía. (Por el contrario, la ruptura del ADN conduce a una disminución de la entropía como lo indica la absorción de calor).
Nucleótidos
La molécula de ADN está formada por muchas subunidades unidas entre sí en una cadena larga y retorcida en forma de escalera. Las subunidades individuales se denominan nucleótidos. El ADN en las células casi siempre se encuentra en forma de doble hebra, donde dos hebras de polímeros se unen para formar una sola molécula. En las condiciones de pH (concentración de sal) y temperatura que se encuentran en las células, la formación de una doble hélice da como resultado un aumento neto de la entropía. Esta es la razón por la que la estructura resultante es más estable de lo que serían las dos hebras si permanecieran separadas.
Factores estabilizadores
Cuando dos hebras de ADN se unen, forman enlaces químicos débiles llamados enlaces de hidrógeno entre los nucleótidos de las dos cadenas. La formación de enlaces libera energía y, por lo tanto, contribuye a un aumento neto de la entropía. Un aumento de entropía adicional proviene de las interacciones entre los nucleótidos en el centro de la hélice; estos se denominan interacciones de apilamiento de bases. Los grupos fosfato cargados negativamente en la columna vertebral de las cadenas de ADN se repelen entre sí. Sin embargo, esta interacción desestabilizadora se supera mediante las interacciones favorables de enlace de hidrógeno y apilamiento de bases. Esta es la razón por la que la estructura de doble hélice es más estable que las hebras simples: su formación provoca una ganancia neta de entropía.
Formas de ADN
El ADN puede adoptar una de varias estructuras de doble hélice diferentes: estas son las formas A, B y Z del ADN. La forma B, la más estable en condiciones celulares, se considera la forma "estándar"; es el que normalmente se ve en las ilustraciones. La forma A es una doble hélice pero está mucho más comprimida que la forma B. Y, la forma Z está torcida en la dirección opuesta que la forma B y su estructura es mucho más "extendido." La forma A no se encuentra en las células, aunque algunos genes activos en las células parecen adoptar el Forma Z Los científicos aún no comprenden completamente qué significado podría tener esto o si esto tiene alguna importancia evolutiva.