Estructura de los ácidos nucleicos.

La unión fosfodiéster se forma cuando polimerizan los nucleótidos para formar una hebra de ácido nucleico. El enlace fosfodiéster es un enlace del tipo covalente, asegurando así que la estructura sea realmente fuerte.
En la siguiente figura se muestran tres nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. En este caso hablamos de nucleótidos que forman parte de ADN porque el azúcar es una desoxiribosa (tiene un H en C2'):

El enlace fosfodiéster se forma por polimerización entre el OH en 3' de la pentosa con el      que está unido al OH en 5' de la pentosa.

La secuencia de nucleótidos en el ADN, esta estructura lineal, secuencial, de los nucleótidos que forman parte de la hebra del ácido nucleico se lo que se denomina estructura primaria (al igual que las proteínas, los ácidos nucleicos tienen una estructura primaria y estructuras de orden mayor).

Una característica de la estructura primaria de los ácidos nucleicos es la direccionalidad, es decir, siempre la síntesis de una hebra de ácido nucleico procede desde el extremo 5' hacia el extremo 3'. Estos dos extremos de la molécula son diferentes, es decir que la molécula presenta orientación química o polaridad.

Forma alternativa de esquematizar la hebra de ácidos nucleicos. Por convención se escriben siempre de izquierda a derecha, con el extremo 5' hacia la izquierda.

El ADN tiene una estructura de doble hélice. Esta estructura de doble hélice se describió por primera vez por Watson y Crick. El modelo que ellos plantearon se basó a su vez en evidencias experimentales.

Estas son dos maneras de representar la estructura de doble hélice de la molécula de ADN. (a) Modelo espacial. (b) Modelo de la estructura química.

Lo que se representa en la figura son dos hebras complementarias. Cada una de las bases nitrogenadas está apareada de manera complementaria con otra base nitrogenada de la hebra complementaria. Cada una de las hebras está representada por un color (una hebra es roja y su hebra complementaria es azul). Esto representa la estructura secundaria de la molécula de ADN. Esta estructura secundaria está estabilizada por uniones del tipo no covalentes. La principal interacción es el puente de hidrógeno que se forma entre las bases complementarias: A=T, C≡G.
El apareamiento de las bases nitrogenadas se las hebras se da debido al tamaño, a la forma y a la composición química de cada uno de estos anillos. Algunos tienen la capacidad de formar dos puentes de hidrógeno (A=T) y otros tres (C≡G). Las bases que se proyectan hacia el interior de la estructura están en un plano y muy próximas entre sí, por lo tanto, hay interacciones de van der Waals e interacciones hidrofóbicas que también estabilizan la estructura de doble hélice.
Todos estos tipos de enlaces no covalentes, que tienen baja energía de unión por sí solos, al haber tantas uniones de este tipo que estabilizan la estructura, hacen que esta estructura tenga una alta estabilidad.
La figura (a) representa un modelo espacial, se representa la topología de cada uno de los átomos que forman parte de esta estructura. Esta hélice tiene un giro hacia la derecha. Hacia el centro, lo que se ve en colores más claros, representan las bases nitrogenadas interactuando entre sí. Si observamos las estructuras externas, la topología de esta doble hélice presenta a cierto nivel hendiduras, denominadas surco mayor y surco menor. A nivel de estas hendiduras que se presentan en la parte externa de la molécula de ADN (en la doble hélice), esos sitios son el lugar donde las distintas enzimas y proteínas que tienen capacidad de unión al ADN se unen, allí pueden tomar contacto porque las bases nitrogenadas quedan accesibles para que se secuencia pueda ser, de alguna manera, leída por estas proteínas, por ejemplo, proteínas que intervienen en el proceso de transcripción.
Estas proteínas de unión al ADN, que interactúan a nivel de estos surcos mayor y menor son un ejemplo de complementariedad molecular.

Modelos de diversas estructuras de ADN conocidas.

El ADN B es la estructura que se encuentra en la mayoría de las células, la estructura que conocemos y la que nos interesa. Por cada giro hay aproximadamente 10 pares de bases (10 pb).

Otra forma alternativa del ADN es la forma del tipo A (ADN A) que es una molécula más compacta; hay aproximadamente 11 pares de bases por giro y a su vez, este esqueleto de azúcar-fosfato forma un ángulo menor con respecto al eje longitudinal de la molécula. Este tipo de estructura se ha encontrado no sólo in vitro sino también in vivo en la célula, por ejemplo en hélices formadas por ADN-ARN y en hélices formadas por ARN-ARN.

Por último, la estructura menos común es la estructura ADN Z. Es una hélice con giro hacia la izquierda. Aparentemente exisitiría en las células pero se desconoce su función, y se vió que este tipo de estructura la presentan moléculas cortas de ADN que son ricas en pares de bases A=T.

Flexibilidad de la molécula de ADN.

Una de las propiedades del ADN es que a pesar de su alta estabilidad se puede doblar a lo largo de su eje longitudinal. El ADN se dobla generalmente como resultado de su unión a proteínas.

En la figura vemos una molécula de ADN (doble hélice) unida a una proteína que se denomina proteína de unión a la caja TATA (TBP), que es una proteína (factor de transcripción) que se une a la secuencia promotora del ADN (esto se produce durante la transcripción). Esta modificación de la forma del ADN se produce también durante la compactación en la cromatina: el ADN se asocia con diversas clases de proteínas para formar una estructura compacta, con diferentes órdenes de compactación hasta llegar a la estructura más compacta que es el cromosoma.