DNA二重らせんの構造安定性

細胞に見られる条件下では、DNAは二重らせん構造を採用しています。 この二重らせん構造にはいくつかのバリエーションがありますが、それらはすべて同じ基本的なツイストラダー形状を持っています。 この構造は、DNAに非常に安定した物理的および化学的特性を与えます。 この安定性は、2つのDNA鎖が自然に分解するのを防ぎ、DNAのコピー方法に重要な役割を果たすため重要です。

エントロピーは、無秩序に類似した物理的特性です。 熱力学の第二法則は、二重らせんの形成のようなプロセスが エントロピーの正味の増加をもたらす場合にのみ自発的に発生します（主に 熱）。 らせんの形成に伴うエントロピーの増加が大きいほど、分子の周囲への熱の放出が大きくなり、二重らせんがより安定します。 二重らせんは、その形成がエントロピーの増加につながるため、安定しています。 （対照的に、DNAの分解は、熱の吸収によって示されるように、エントロピーの減少につながります。）

DNA分子は、長くねじれたはしご状の鎖で互いに結合した多くのサブユニットから作られています。 個々のサブユニットはヌクレオチドと呼ばれます。 細胞内のDNAは、ほとんどの場合、2本のポリマー鎖が結合して1つの分子を形成する二本鎖の形で見られます。 細胞に見られるpH（塩濃度）および温度条件では、二重らせんの形成により、エントロピーが正味増加します。 これが、結果として得られる構造が、2つのストランドが分離したままの場合よりも安定している理由です。

DNAの2つの鎖が一緒になると、それらは2つの鎖のヌクレオチド間に水素結合と呼ばれる弱い化学結合を形成します。 結合の形成はエネルギーを放出するため、エントロピーの正味の増加に寄与します。 追加のエントロピーブーストは、らせんの中心にあるヌクレオチド間の相互作用から生じます。 これらはベーススタッキング相互作用と呼ばれます。 DNA鎖のバックボーンにある負に帯電したリン酸基は互いに反発します。 ただし、この不安定な相互作用は、好ましい水素結合と塩基スタッキング相互作用によって克服されます。 これが、二重らせん構造が一本鎖よりも安定している理由です。その形成により、エントロピーが正味増加します。

DNAは、いくつかの異なる二重らせん構造の1つを採用できます。これらは、A、B、およびZ形式のDNAです。 細胞条件下で最も安定しているB型は、「標準」型と見なされます。 これは、イラストでよく見られるものです。 Aフォームは二重らせんですが、Bフォームよりもはるかに圧縮されています。 そして、Z型はB型とは逆方向にねじれており、その構造ははるかに多いです "伸ばした。" A型は細胞には見られませんが、細胞内のいくつかの活性遺伝子は Zフォーム。 科学者たちは、これがどのような重要性を持っているのか、あるいはこれが進化的に重要であるのかどうかをまだ完全には理解していません。