Nas condições encontradas nas células, o DNA adota uma estrutura de dupla hélice. Embora existam várias variações nesta estrutura de dupla hélice, todas elas têm a mesma forma básica de escada torcida. Essa estrutura dá ao DNA propriedades físicas e químicas que o tornam muito estável. Essa estabilidade é importante porque evita que as duas fitas de DNA se separem espontaneamente e desempenha um papel importante na maneira como o DNA é copiado.
Termodinâmica
Entropia é uma propriedade física análoga à desordem. A Segunda Lei da Termodinâmica sugere que processos como a formação de uma dupla hélice irão acontecem espontaneamente apenas se resultarem em um aumento líquido na entropia (indicado principalmente pela liberação de aquecer). Quanto maior o aumento da entropia que acompanha a formação da hélice, maior será a liberação de calor para o ambiente da molécula e mais estável será a dupla hélice. A dupla hélice é estável porque sua formação leva a um aumento da entropia. (Em contraste, a quebra do DNA leva a uma diminuição da entropia, conforme indicado pela absorção de calor.)
Nucleotídeos
A molécula de DNA é feita de muitas subunidades ligadas umas às outras em uma longa cadeia em forma de escada torcida. As subunidades individuais são chamadas de nucleotídeos. O DNA nas células quase sempre é encontrado na forma de fita dupla, onde duas fitas de polímeros são ligadas entre si para formar uma única molécula. Nas condições de pH (concentração de sal) e temperatura encontradas nas células, a formação de uma dupla hélice resulta em um aumento líquido na entropia. É por isso que a estrutura resultante é mais estável do que as duas fitas seriam se permanecessem separadas.
Fatores Estabilizadores
Quando duas fitas de DNA se juntam, elas formam ligações químicas fracas, chamadas ligações de hidrogênio, entre os nucleotídeos das duas cadeias. A formação de ligações libera energia e, portanto, contribui para um aumento líquido na entropia. Um aumento de entropia adicional vem das interações entre os nucleotídeos no centro da hélice; essas são chamadas de interações de empilhamento de base. Os grupos fosfato carregados negativamente na espinha dorsal das fitas de DNA se repelem. No entanto, essa interação desestabilizadora é superada pelas ligações de hidrogênio favoráveis e interações de empilhamento de bases. É por isso que a estrutura de dupla hélice é mais estável do que as fitas simples: sua formação causa um ganho líquido na entropia.
Formas de DNA
O DNA pode adotar uma das várias estruturas de dupla hélice: essas são as formas A, B e Z de DNA. A forma B, a mais estável em condições celulares, é considerada a forma "padrão"; é o que você normalmente vê nas ilustrações. A forma A é uma dupla hélice, mas é muito mais comprimida do que a forma B. E, a forma Z é torcida na direção oposta que a forma B e sua estrutura é muito mais "esticado." A forma A não é encontrada nas células, embora alguns genes ativos nas células pareçam adotar a Formulário Z. Os cientistas ainda não entendem completamente que significado isso pode ter ou se isso tem alguma importância evolutiva.
