დნმ ორმაგი სპირალის სტრუქტურული სტაბილურობა

უჯრედებში აღმოჩენილ პირობებში, დნმ იღებს ორმაგი სპირალის სტრუქტურას. მიუხედავად იმისა, რომ ამ ორმაგი სპირალის სტრუქტურაზე რამდენიმე ვარიაცია არსებობს, ყველა მათგანს აქვს ერთი და იგივე ძირითადი გადახრილი კიბის ფორმა. ეს სტრუქტურა იძლევა დნმ-ს ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებს, რაც მას ძალიან სტაბილურს ხდის. ეს სტაბილურობა მნიშვნელოვანია, რადგან იგი ხელს უშლის დნმ – ის ორი ძაფის სპონტანურად დაშლას და მნიშვნელოვან როლს ასრულებს დნმ – ის კოპირების გზაში.

ენტროპია არის ფიზიკური თვისება ანალოგიური არეულობის. თერმოდინამიკის მეორე კანონი ვარაუდობს, რომ პროცესები, როგორიცაა ორმაგი სპირალის ფორმირება, იქნება სპონტანურად ხდება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მათ შედეგად მოყვება ენტროპიის წმინდა ზრდა (ეს ძირითადად გამოიყოფა გამოყოფით) სიცხე). რაც უფრო მეტია ენტროპიის მომატება, რომელიც თან ახლავს სპირალის ფორმირებას, მით უფრო მეტი სითბო გამოიყოფა მოლეკულის გარემოცვაში და მით უფრო სტაბილური იქნება ორმაგი სპირალი. ორმაგი სპირალი სტაბილურია, რადგან მისი ფორმირება იწვევს ენტროპიის ზრდას. (ამის საწინააღმდეგოდ, დნმ-ის დაშლა იწვევს ენტროპიის შემცირებას, რაც სითბოს შეწოვით არის მითითებული).

დნმ-ის მოლეკულა მზადდება მრავალი ქვედანაყოფისგან, რომლებიც ერთმანეთზე გრძელი, გადაბმული კიბის მსგავსი ჯაჭვით არის მიმაგრებული. ცალკეულ ქვედანაყოფებს ნუკლეოტიდებს უწოდებენ. უჯრედებში დნმ თითქმის ყოველთვის გვხვდება ორჯაჭვიანი ფორმით, სადაც ორი პოლიმერული ბოჭკო ერთმანეთთანაა დაკავშირებული და ქმნის ერთ მოლეკულას. უჯრედებში აღმოჩენილი pH (მარილის კონცენტრაცია) და ტემპერატურის პირობებში, ორმაგი სპირალის წარმოქმნით ხდება ენტროპიის წმინდა ზრდა. სწორედ ამიტომ, მიღებული სტრუქტურა უფრო სტაბილურია, ვიდრე ორი ძაფი იქნებოდა, თუ ისინი ცალკე დარჩებოდა.

დნმ – ის ორი შრის გაერთიანებისას, ისინი ქმნიან სუსტ ქიმიურ კავშირებს, რომლებსაც წყალბადურ კავშირებს უწოდებენ ნუკლეოტიდებს ორ ჯაჭვში. ობლიგაციების წარმოქმნა გამოყოფს ენერგიას და ამით ხელს უწყობს ენტროპიის წმინდა ზრდას. ენტროპიის დამატებითი სტიმულაცია მოდის სპირალის ცენტრში ნუკლეოტიდებს შორის ურთიერთქმედების შედეგად; ეს ეწოდება ბაზის-სტეკის ურთიერთქმედებას. უარყოფითად დამუხტული ფოსფატური ჯგუფები დნმ – ის ძაფის ხერხემალში ერთმანეთს მოგერიდებათ. ამასთან, ეს დესტაბილიზირებელი ურთიერთქმედება დაძლეულია წყალბადის შემაკავშირებელ და ფუძეზე დამყარების ურთიერთქმედებით. სწორედ ამიტომ, ორმაგი სპირალის სტრუქტურა უფრო სტაბილურია, ვიდრე ცალკეული კერები: მისი ფორმირება იწვევს ენტროპიის წმინდა მოგებას.

დნმ-ს შეუძლია მიიღოს ორმაგი სპირალის სხვადასხვა სტრუქტურიდან ერთ-ერთი: ეს არის დნმ-ის A, B და Z ფორმები. B ფორმა, უჯრედულ პირობებში ყველაზე სტაბილურია, ითვლება "სტანდარტულ" ფორმად; ეს ის არის, რასაც, ჩვეულებრივ, ილუსტრაციებში ხედავთ. A ფორმა არის ორმაგი სპირალი, მაგრამ ბევრად უფრო შეკუმშულია, ვიდრე B ფორმა. და, Z ფორმა გადატრიალებულია საპირისპირო მიმართულებით, ვიდრე B ფორმა და მისი სტრუქტურა გაცილებით მეტია "გაუწოდა". A ფორმა არ გვხვდება უჯრედებში, თუმცა უჯრედებში მოქმედი ზოგიერთი გენი, როგორც ჩანს, იღებს Z ფორმა. მეცნიერებს ჯერ კიდევ არ აქვთ გააზრებული რა მნიშვნელობა შეიძლება ჰქონდეს ამას ან აქვს თუ არა ამას რაიმე ევოლუციური მნიშვნელობა.