Soluissa esiintyvissä olosuhteissa DNA omaksuu kaksoiskierre-rakenteen. Vaikka tälle kaksoiskierre-rakenteelle on olemassa useita muunnelmia, kaikilla on sama kiertotikkaiden perusmuoto. Tämä rakenne antaa DNA: lle fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, jotka tekevät siitä erittäin vakaan. Tämä vakaus on tärkeä, koska se estää kahta DNA-säiettä hajoamasta spontaanisti ja sillä on tärkeä rooli DNA: n kopioinnissa.
Termodynamiikka
Entropia on fyysinen ominaisuus, joka on analoginen häiriön kanssa. Toinen termodynamiikan laki viittaa siihen, että prosessit, kuten kaksoiskierteen muodostuminen, tulevat tapahtuu spontaanisti vain, jos ne johtavat entropian nettolisäykseen (mikä ilmenee pääasiassa lämpö). Mitä suurempi on entropian lisääntyminen, joka seuraa kierteen muodostumista, sitä suurempi lämmön vapautuminen molekyylin ympäristöön on ja sitä vakaampi kaksoiskierre on. Kaksoiskierre on vakaa, koska sen muodostuminen johtaa entropian lisääntymiseen. (Sitä vastoin DNA: n hajoaminen johtaa entropian vähenemiseen, kuten lämmön imeytyminen osoittaa.)
Nukleotidit
DNA-molekyyli on valmistettu monista alayksiköistä, jotka on kiinnitetty toisiinsa pitkässä, kiertyneessä tikkaiden kaltaisessa ketjussa. Yksittäisiä alayksikköjä kutsutaan nukleotideiksi. DNA soluista löytyy melkein aina kaksijuosteisessa muodossa, jossa kaksi polymeerisäikeä on kytketty yhteen muodostaen yhden molekyylin. Kun soluissa on pH (suolapitoisuus) ja lämpötilaolosuhteet, kaksoiskierteen muodostuminen johtaa entropian nettolisäykseen. Siksi tuloksena oleva rakenne on vakaampi kuin kaksi säiettä olisivat, jos ne pysyisivät erillään.
Vakauttavat tekijät
Kun kaksi DNA-säikettä yhdistyvät, ne muodostavat heikkoja kemiallisia sidoksia, joita kutsutaan vetysidoksiksi kahden ketjun nukleotidien väliin. Sidoksen muodostuminen vapauttaa energiaa ja edistää siten entropian nettolisäystä. Ylimääräinen entropian lisäys syntyy heliksin keskellä olevien nukleotidien välisestä vuorovaikutuksesta; näitä kutsutaan pohjapinoamisvuorovaikutuksiksi. Negatiivisesti varautuneet fosfaattiryhmät DNA-juosteiden rungossa hylkäävät toisiaan. Tämä epävakauttava vuorovaikutus on kuitenkin voitettu suotuisilla vety- ja emäspinoamisvuorovaikutuksilla. Siksi kaksoiskierre-rakenne on vakaampi kuin yksittäiset säikeet: sen muodostuminen aiheuttaa nettovoiton entropiassa.
DNA: n muodot
DNA voi omaksua yhden useista erilaisista kaksoiskierrerakenteista: nämä ovat DNA: n A-, B- ja Z-muotoja. B-muotoa, joka on vakain soluolosuhteissa, pidetään "vakiomuotona"; se on se, jonka tyypillisesti näet kuvissa. A-muoto on kaksoiskierre, mutta se on pakattu paljon enemmän kuin B-muoto. Ja Z-muoto on kierretty vastakkaiseen suuntaan kuin B-muoto ja sen rakenne on paljon enemmän "venytetty." A-muotoa ei löydy soluista, vaikka jotkut solujen aktiiviset geenit näyttävät omaksuvan Z-muoto. Tutkijat eivät vielä ymmärrä täysin, mikä merkitys sillä voi olla, vai onko sillä mitään evoluutiota.