Ląstelėse randamomis sąlygomis DNR perima dvigubą spiralės struktūrą. Nors egzistuoja keletas šios dvigubos spiralės struktūros variantų, visi jie turi tą pačią pagrindinę susuktų kopėčių formą. Ši struktūra suteikia DNR fizines ir chemines savybes, dėl kurių ji tampa labai stabili. Šis stabilumas yra svarbus, nes neleidžia dviems DNR grandinėms savaime išsiskirti ir vaidina svarbų vaidmenį kopijuojant DNR.
Termodinamika
Entropija yra fizinė savybė, analogiška sutrikimams. Antrasis termodinamikos dėsnis rodo, kad tokie procesai kaip dvigubos spiralės susidarymas įvyksta spontaniškai tik tuo atveju, jei dėl jų grynasis entropijos padidėjimas (daugiausia parodo šilumos). Kuo didesnis entropijos padidėjimas lydint spiralės susidarymą, tuo didesnis šilumos išsiskyrimas į molekulės aplinką ir stabilesnė bus dviguba spiralė. Dviguba spiralė yra stabili, nes dėl jos susidarymo padidėja entropija. (Priešingai, skaidant DNR, sumažėja entropija, kaip rodo šilumos absorbcija.)
Nukleotidai
DNR molekulė yra pagaminta iš daugybės subvienetų, pritvirtintų vienas prie kito ilgoje, susuktoje kaip kopėčios grandinėje. Atskiri subvienetai vadinami nukleotidais. DNR ląstelėse beveik visada randama dvigubos grandinės forma, kur dvi polimerų grandinės yra sujungtos ir sudaro vieną molekulę. Esant ląstelių pH (druskos koncentracijai) ir temperatūros sąlygoms, susidarius dvigubai spiralei, gryna entropijos padidėjimas. Štai kodėl gaunama struktūra yra stabilesnė nei dvi sruogos, jei jos liktų atskiros.
Stabilizuojantys veiksniai
Kai susijungia dvi DNR grandinės, tarp dviejų grandinių nukleotidų susidaro silpnos cheminės jungtys, vadinamos vandenilio jungtimis. Susiformavus obligacijoms, išsiskiria energija ir taip prisidedama prie grynojo entropijos padidėjimo. Papildomas entropijos padidėjimas atsiranda dėl sąveikos tarp nukleotidų spiralės centre; tai vadinama sąveika tarp pagrindo. Neigiamai įkrautos fosfatų grupės DNR sruogų stubure atstumia viena kitą. Tačiau šią destabilizuojančią sąveiką įveikia palankios vandenilio jungimosi ir bazės kaupimo sąveikos. Štai kodėl dvigubos spiralės struktūra yra stabilesnė už pavienes sruogas: jos susidarymas sukelia grynąjį pelną entropijoje.
DNR formos
DNR gali priimti vieną iš kelių skirtingų dvigubų spiralių struktūrų: tai yra DNR A, B ir Z formos. B forma, stabiliausia ląstelių sąlygomis, laikoma „standartine“ forma; tai dažniausiai matote iliustracijose. A forma yra dviguba spiralė, bet yra daug labiau suspausta nei B forma. Z forma yra pasukta priešinga kryptimi nei B forma, o jos struktūra yra daug daugiau „išsitiesęs“. A formos ląstelėse nėra, nors kai kurie aktyvūs ląstelių genai, atrodo, perima Z forma. Mokslininkai dar ne iki galo supranta, kokią reikšmę tai gali turėti, ar tai turi evoliucinę reikšmę.