În condițiile găsite în celule, ADN-ul adoptă o structură cu dublă helix. Deși există mai multe variante ale acestei structuri cu dublă helică, toate au aceeași formă de bază a scării răsucite. Această structură conferă ADN-ului proprietăți fizice și chimice care îl fac foarte stabil. Această stabilitate este importantă, deoarece împiedică ruperea spontană a celor două fire ADN și joacă un rol important în modul în care ADN-ul este copiat.
Termodinamica
Entropia este o proprietate fizică analogă tulburării. A doua lege a termodinamicii sugerează că procese precum formarea unei spirale duble vor fi se întâmplă în mod spontan numai dacă au ca rezultat o creștere netă a entropiei (indicată în principal prin eliberarea de căldură). Cu cât este mai mare creșterea entropiei care însoțește formarea helixului, cu atât este mai mare eliberarea de căldură în împrejurimile moleculei și cu atât este mai stabilă dubla helix. Helixul dublu este stabil, deoarece formarea sa duce la o creștere a entropiei. (În schimb, ruperea ADN-ului duce la o scădere a entropiei, după cum se indică prin absorbția căldurii.)
Nucleotide
Molecula de ADN este formată din multe subunități atașate una la alta într-un lanț lung, răsucit, asemănător unei scări. Subunitățile individuale sunt numite nucleotide. ADN-ul din celule se găsește aproape întotdeauna sub formă dublu-catenară, unde două catene de polimeri sunt legate între ele pentru a forma o singură moleculă. La pH-ul (concentrația de sare) și condițiile de temperatură găsite în celule, formarea unei spirale duble duce la o creștere netă a entropiei. Acesta este motivul pentru care structura rezultată este mai stabilă decât ar fi cele două fire dacă ar rămâne separate.
Factori stabilizatori
Când două catene de ADN se reunesc, ele formează legături chimice slabe numite legături de hidrogen între nucleotidele din cele două lanțuri. Formarea de legături eliberează energie și contribuie astfel la o creștere netă a entropiei. O creștere suplimentară a entropiei vine din interacțiunile dintre nucleotidele din centrul helixului; acestea se numesc interacțiuni de stivuire a bazelor. Grupurile fosfat încărcate negativ din coloana vertebrală a firelor de ADN se resping reciproc. Cu toate acestea, această interacțiune destabilizantă este depășită de interacțiunile favorabile de legare a hidrogenului și interacțiuni de stivuire a bazelor. Acesta este motivul pentru care structura cu dublă helică este mai stabilă decât firele simple: formarea sa determină un câștig net în entropie.
Forme de ADN
ADN-ul poate adopta una dintre mai multe structuri diferite cu dublă helică: acestea sunt formele A, B și Z ale ADN-ului. Forma B, cea mai stabilă în condiții celulare, este considerată forma „standard”; este cel pe care îl vedeți de obicei în ilustrații. Forma A este o dublă helix, dar este mult mai comprimată decât forma B. Și, forma Z este răsucită în direcția opusă decât forma B și structura sa este mult mai mult "intins." Forma A nu se găsește în celule, deși unele gene active din celule par să adopte Forma Z. Oamenii de știință nu înțeleg încă pe deplin ce semnificație ar putea avea acest lucru sau dacă aceasta are vreo importanță evolutivă.