세포에서 발견되는 조건에서 DNA는 이중 나선 구조를 채택합니다. 이 이중 나선 구조에는 여러 가지 변형이 있지만 모두 동일한 기본 꼬인 사다리 모양을 가지고 있습니다. 이 구조는 DNA를 매우 안정적으로 만드는 물리적 및 화학적 특성을 부여합니다. 이 안정성은 두 DNA 가닥이 자발적으로 분리되는 것을 방지하고 DNA 복제 방식에서 중요한 역할을하기 때문에 중요합니다.
열역학
엔트로피는 무질서와 유사한 물리적 특성입니다. 열역학 제 2 법칙은 이중 나선 형성과 같은 과정이 엔트로피의 순증가를 초래할 경우에만 자발적으로 발생합니다 (주로 열). 나선 형성에 수반되는 엔트로피의 증가가 클수록 분자 주변으로의 열 방출이 커지고 이중 나선이 더 안정적입니다. 이중 나선은 그 형성이 엔트로피를 증가시키기 때문에 안정적입니다. (반대로, DNA 분해는 열 흡수로 나타나는 엔트로피 감소로 이어집니다.)
뉴클레오타이드
DNA 분자는 길고 꼬인 사다리 모양의 사슬로 서로 붙어있는 많은 소단위로 만들어집니다. 개별 서브 유닛을 뉴클레오타이드라고합니다. 세포의 DNA는 거의 항상 이중 가닥 형태로 발견되며 두 개의 중합체 가닥이 함께 연결되어 단일 분자를 형성합니다. 세포에서 발견되는 pH (염 농도) 및 온도 조건에서 이중 나선의 형성은 엔트로피의 순 증가를 초래합니다. 이것이 결과 구조가 두 가닥이 분리되어있을 때보 다 더 안정적인 이유입니다.
안정화 요인
두 가닥의 DNA가 모이면 두 사슬의 뉴클레오티드 사이에 수소 결합이라고하는 약한 화학 결합을 형성합니다. 결합 형성은 에너지를 방출하므로 엔트로피의 순 증가에 기여합니다. 추가적인 엔트로피 부스트는 나선의 중심에있는 뉴클레오티드 간의 상호 작용에서 비롯됩니다. 이를 기본 스택 상호 작용이라고합니다. DNA 가닥의 백본에있는 음전하를 띤 인산염 그룹은 서로 격퇴합니다. 그러나 이러한 불안정한 상호 작용은 유리한 수소 결합 및 염기 쌓기 상호 작용으로 극복됩니다. 이것이 이중 나선 구조가 단일 가닥보다 더 안정적인 이유입니다. 그 형성은 엔트로피의 순 이득을 유발합니다.
DNA의 형태
DNA는 여러 가지 이중 나선 구조 중 하나를 채택 할 수 있습니다. 이들은 A, B 및 Z 형태의 DNA입니다. 세포 조건에서 가장 안정한 B 형태는 "표준"형태로 간주됩니다. 일반적으로 삽화에서 볼 수있는 것입니다. A 형태는 이중 나선이지만 B 형태보다 훨씬 더 압축됩니다. 그리고 Z 형은 B 형보다 반대 방향으로 꼬여 있고 구조가 훨씬 더 "펼쳐." A 형태는 세포에서 발견되지 않지만, 세포의 일부 활성 유전자는 Z 형태. 과학자들은 이것이 어떤 의미인지 또는 이것이 진화론 적 중요성을 갖는지 완전히 이해하지 못하고 있습니다.