Sachverhalt:
A. Mit Entscheid vom 25. Februar 2009 verurteilte das Bezirksgericht Winterthur X._ wegen Freiheitsberaubung, mehrfacher Drohung sowie mehrfacher versuchter Nötigung zum Nachteil von A._ zu einer unbedingten Freiheitsstrafe von sieben Monaten, unter Anrechnung der Untersuchungs- und Sicherheitshaft von 147 Tagen. Vom Vorwurf der (vollendeten) Nötigung sprach es ihn frei. Sodann verpflichtete es ihn, A._ eine Genugtuungssumme in der Höhe von Fr. 1'000.-- zuzüglich 5 % Zins seit dem 26. September 2008 sowie eine Umtriebsentschädigung von Fr. 500.-- zu bezahlen.
B. Das Obergericht des Kantons Zürich sprach X._ mit Urteil vom 24. März 2010 der Drohung (Anklageschrift, Ziff. 2 und 3) sowie der versuchten Nötigung zum Nachteil von A._ (Anklageschrift, Ziff. 6) schuldig. Bezüglich Freispruchs vom Vorwurf der (vollendeten) Nötigung (Anklageschrift, Ziff. 1) stellte es die Teilrechtskraft des erstinstanzlichen Urteils fest. Weiter sprach es ihn vom Vorwurf der Freiheitsberaubung (Anklageschrift, Ziff. 4 [recte: 5]) sowie der versuchten Nötigung (Anklageschrift, Ziff. 5 [recte: 4]) frei. Es verurteilte ihn unter Anrechnung der Untersuchungs- und Sicherheitshaft von 147 Tagen zu einer unbedingten Freiheitsstrafe von fünf Monaten, als Zusatzstrafe zu der mit Urteil des Amtsgerichtspräsidenten von Thal-Gäu vom 3. November 2009 ausgefällten Strafe. Zudem verpflichtete es ihn, A._ eine Genugtuungssumme in der Höhe von Fr. 500.-- zuzüglich 5 % Zins seit dem 26. September 2008 sowie eine Umtriebsentschädigung von Fr. 500.-- zu bezahlen.
C. Gegen dieses Urteil erhebt X._ Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, das Urteil des Obergerichts des Kantons Zürich vom 24. März 2010 sei aufzuheben und die Sache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Dabei sei als Zusatzstrafe zum Urteil des Amtsgerichtspräsidenten von Thal-Gäu vom 3. November 2009 eine bedingte Geldstrafe von maximal 60 Tagessätzen auszufällen. Zudem seien ihm eine angemessene Genugtuung sowie Schadenersatz zuzusprechen. Eventualiter sei durch das Bundesgericht eine reduzierte Strafe auszufällen, unter Gewährung des bedingten Strafvollzugs bei einer Probezeit von vier Jahren. Im Weiteren seien ihm die unentgeltliche Rechtspflege zu gewähren und Rechtsanwalt Wehrli als unentgeltlicher Rechtsvertreter beizuordnen.
D. Die Vorinstanz sowie die Oberstaatsanwaltschaft des Kantons Zürich verzichten auf Vernehmlassungen.

Erwägungen:
1. Die Beschwerde richtet sich gegen die Strafzumessung, die Wahl der Strafart sowie die Verweigerung des bedingten Strafvollzugs. Der Beschwerdeführer rügt, der angefochtene Entscheid verletze Bundesrecht im Sinne von Art. 41, Art. 42 Abs. 1, Art. 47 Abs. 1 und <ref-law> sowie den Grundsatz "ne bis in idem".
2. 2.1 Der Amtsgerichtspräsident von Thal-Gäu verurteilte den Beschwerdeführer am 3. November 2009 wegen mehrfacher - teilweise grober - Widerhandlung gegen das Strassenverkehrsgesetz zu einer unbedingten Geldstrafe von 150 Tagessätzen zu Fr. 70.-- sowie zu einer Busse von Fr. 20.--. Er ordnete zudem die Rückversetzung in den Strafvollzug an. Der vorliegend zu prüfenden Strafzumessung liegen eine Drohung sowie eine versuchte Nötigung zugrunde, die der Beschwerdeführer am 19. sowie am 26. September 2008 begangen hat. Die Straftaten wurden vor dem Urteil des Amtsgerichtspräsidenten von Thal-Gäu vom 3. November 2009 begangen. Damit stellt sich die Frage der Strafzumessung bei retrospektiver Konkurrenz nach <ref-law>.
2.2 Gemäss <ref-law> bestimmt das Gericht, wenn es eine Tat zu beurteilen hat, die der Täter beging, bevor er wegen einer anderen Tat verurteilt wurde, die Zusatzstrafe in der Weise, dass der Täter nicht schwerer bestraft wird, als wenn die strafbaren Handlungen gleichzeitig beurteilt worden wären. Somit soll das Asperationsprinzip auch bei retrospektiver Konkurrenz gewährleistet werden. Der Täter soll durch die getrennte Beurteilung von Straftaten, über die zeitlich zusammen hätte befunden werden können, nicht benachteiligt und soweit als möglich auch nicht besser gestellt werden. Die Zusatzstrafe gleicht dementsprechend die Differenz zwischen der ersten Einsatz- oder Grundstrafe und der hypothetischen Gesamtstrafe aus, die nach Auffassung des Richters bei Kenntnis der später beurteilten Straftat ausgefällt worden wäre (<ref-ruling> E. 8.2 mit Hinweisen).
3. 3.1 Der Beschwerdeführer rügt zunächst, die Vorinstanz habe die Bemessung der Zusatzstrafe falsch vorgenommen, was eine unvertretbar hohe Zusatzstrafe zur Folge habe. So habe es die Vorinstanz unterlassen, zunächst die Einsatzstrafe für die schwerste Straftat zu bestimmen und ausgehend von dieser die hypothetische Gesamtstrafe festzulegen. Dieses Vorgehen verletze <ref-law>. Zudem habe sie nicht dargelegt, mit welcher Strafe er zu bestrafen gewesen wäre, wenn nur über die neu zu beurteilenden Taten alleine befunden worden wäre. Ein solches Vorgehen hätte jedoch gezeigt, dass die ausgesprochene Zusatzstrafe im Vergleich zur geforderten Strafe in der Anklageschrift sowie zu der im erstinstanzlichen Urteil ausgefällten Strafe sehr hoch ausgefallen sei. Es sei nicht nachvollziehbar, dass die Vorinstanz eine Freiheitsstrafe von fünf Monaten ausgefällt habe, obschon in der Anklage nur elf Monate Freiheitsstrafe gefordert gewesen seien. Im Vergleich zur Anklage seien etliche Taten, insbesondere die angebliche Freiheitsberaubung, weggefallen. Auch die erste Instanz habe ihn nur zu einer Freiheitsstrafe von sieben Monaten verurteilt, obschon sie ihn in beinahe allen Anklagepunkten schuldig gesprochen habe.
Im Weiteren missachte die Vorinstanz den Grundsatz "ne bis in idem". Indem sie sämtliche Delikte, auch die durch den Erstrichter bereits abgeurteilten Straftaten, neu würdige, kritisiere sie das Urteil des Amtsgerichtspräsidenten von Thal-Gäu vom 3. November 2009 in unzulässiger Weise.
3.2 Die Vorinstanz legt ihrer Berechnung eine hypothetische Gesamtstrafe von zehn Monaten Freiheitsstrafe zugrunde, von der sie die durch den Amtsgerichtspräsidenten von Thal-Gäu am 3. November 2009 ausgefällte Strafe abzieht, um zur Zusatzstrafe von fünf Monaten Freiheitsstrafe zu gelangen. Dabei geht sie von der auf Freiheitsstrafe bis zu drei Jahren oder Geldstrafe lautenden Strafdrohung der Tatbestände der groben Verkehrsregelverletzung, der Drohung sowie der Nötigung als schwersten Delikten aus. Durch das Verüben mehrerer strafbarer Handlungen erhöhe sich der Strafrahmen auf Freiheitsstrafe bis zu viereinhalb Jahren oder Geldstrafe. Das Verschulden des Beschwerdeführers wertet sie als nicht mehr leicht. Die strafbaren Handlungen zum Nachteil seiner Ehefrau habe er ausschliesslich aus Beweggründen egoistischer Natur begangen. Die Drohungen würden einen massiven Angriff auf die persönliche Integrität der Geschädigten bzw. ihrer Familie bedeuten. Es sei offensichtlich, dass es ihm letztlich darum gegangen sei, seiner Ehefrau, die sich im Laufe ihrer Ehe angefangen habe zu emanzipieren, seine Machtposition bewusst zu machen. Nachdem sich eine Trennung bzw. Scheidung als unausweichlich abzeichnete, habe er versucht, seine Ehefrau in die Heimat abzuschieben. Betreffend die Widerhandlungen gegen das Strassenverkehrsgesetz wertet die Vorinstanz das Verschulden als erheblich. So habe der Beschwerdeführer nur ein halbes Jahr nach der bedingten Entlassung aus dem Strafvollzug erneut einschlägig delinquiert. Zudem sei eine Geschwindigkeitsüberschreitung von 60 km/h als massiv einzustufen. Gesamthaft betrachtet sei aufgrund mehrfacher Vorstrafen, etlicher Führerausweisentzüge und der erneuten Delinquenz davon auszugehen, dass es ihm schwerfalle, sich an die Rechtsordnung - insbesondere im Bereich der Strassenverkehrsregeln - zu halten. Als strafmildernd sei zu bewerten, dass die Nötigung nur versucht wurde. Das Teilgeständnis wirke sich lediglich leicht strafmindernd aus, da dieses nur Geschehnisse betreffe, die kaum von Bedeutung gewesen seien.
3.2 Die Vorinstanz legt ihrer Berechnung eine hypothetische Gesamtstrafe von zehn Monaten Freiheitsstrafe zugrunde, von der sie die durch den Amtsgerichtspräsidenten von Thal-Gäu am 3. November 2009 ausgefällte Strafe abzieht, um zur Zusatzstrafe von fünf Monaten Freiheitsstrafe zu gelangen. Dabei geht sie von der auf Freiheitsstrafe bis zu drei Jahren oder Geldstrafe lautenden Strafdrohung der Tatbestände der groben Verkehrsregelverletzung, der Drohung sowie der Nötigung als schwersten Delikten aus. Durch das Verüben mehrerer strafbarer Handlungen erhöhe sich der Strafrahmen auf Freiheitsstrafe bis zu viereinhalb Jahren oder Geldstrafe. Das Verschulden des Beschwerdeführers wertet sie als nicht mehr leicht. Die strafbaren Handlungen zum Nachteil seiner Ehefrau habe er ausschliesslich aus Beweggründen egoistischer Natur begangen. Die Drohungen würden einen massiven Angriff auf die persönliche Integrität der Geschädigten bzw. ihrer Familie bedeuten. Es sei offensichtlich, dass es ihm letztlich darum gegangen sei, seiner Ehefrau, die sich im Laufe ihrer Ehe angefangen habe zu emanzipieren, seine Machtposition bewusst zu machen. Nachdem sich eine Trennung bzw. Scheidung als unausweichlich abzeichnete, habe er versucht, seine Ehefrau in die Heimat abzuschieben. Betreffend die Widerhandlungen gegen das Strassenverkehrsgesetz wertet die Vorinstanz das Verschulden als erheblich. So habe der Beschwerdeführer nur ein halbes Jahr nach der bedingten Entlassung aus dem Strafvollzug erneut einschlägig delinquiert. Zudem sei eine Geschwindigkeitsüberschreitung von 60 km/h als massiv einzustufen. Gesamthaft betrachtet sei aufgrund mehrfacher Vorstrafen, etlicher Führerausweisentzüge und der erneuten Delinquenz davon auszugehen, dass es ihm schwerfalle, sich an die Rechtsordnung - insbesondere im Bereich der Strassenverkehrsregeln - zu halten. Als strafmildernd sei zu bewerten, dass die Nötigung nur versucht wurde. Das Teilgeständnis wirke sich lediglich leicht strafmindernd aus, da dieses nur Geschehnisse betreffe, die kaum von Bedeutung gewesen seien.
3.3 3.3.1 Der Richter, der die Zusatzstrafe bestimmt, kann selbständig darüber entscheiden, welche Strafe er anstelle des ersten Richters ausgesprochen hätte, wenn ihm alle Delikte bekannt gewesen wären (<ref-ruling> E. 8.2 und 8.3 mit Hinweisen; vgl. auch JÜRG-BEAT ACKERMANN, in: Basler Kommentar, Strafrecht I, 2. Aufl. 2007, N. 71 zu <ref-law>). Der Vorwurf des Beschwerdeführers, die Vorinstanz verletze den Grundsatz "ne bis in idem", indem sie die bereits beurteilten Strafen neu würdige, geht somit fehl (vgl. dazu <ref-ruling> E. 5.2 mit Hinweis). Die Vorinstanz darf die vom Amtsgerichtspräsidenten von Thal-Gäu abgeurteilten Delikte bei der Bemessung der gedanklich zu bestimmenden Zusatzstrafe anders bewerten, da sie an die damals festgesetzte Strafe nicht gebunden ist. Am rechtskräftigen Urteil des Erstrichters ändert sich damit nichts.
3.3.2 Ebenso wenig vermag der Einwand des Beschwerdeführers, die Vorinstanz hätte darlegen müssen, welche Strafe ihm aufzuerlegen gewesen wäre, wenn die neuen Taten für sich alleine beurteilt worden wären, den angefochtenen Entscheid in Frage zu stellen. Er verkennt hierbei den Sinn und Zweck der Strafzumessung bei retrospektiver Konkurrenz. Es geht nicht darum, die neuen Delikte alleine zu würdigen. Vielmehr ist der Täter so zu stellen, wie wenn über alle Taten - auch über die bereits abgeurteilten - gleichzeitig entschieden würde. Auf diese Weise soll das Asperationsprinzip auch bei getrennter Beurteilung gewahrt werden. Bei der Begründung der Gesamtstrafe muss nicht zwingend angegeben werden, wie hoch die Strafe für das Delikt, welches zur Erhöhung der Einsatzstrafe führt, bei getrennter Beurteilung ausfallen würde.
3.3.3 Auch das Vorbringen des Beschwerdeführers, die ausgesprochene Zusatzstrafe sei im Vergleich zu der in der Anklage geforderten Strafe sowie zur ausgefällten Strafe der ersten Instanz unverhältnismässig hoch, vermag keine Bundesrechtsverletzung darzutun. Die Vorinstanz ist in ihrer Strafzumessung nicht an die Erwägungen der ersten Instanz oder der Anklagebehörde gebunden.
3.3.4 Hingegen ist dem Beschwerdeführer darin zuzustimmen, dass es die Vorinstanz versäumt hat, bei der Bildung der hypothetischen Gesamtstrafe die Einsatzstrafe für das schwerste Delikt festzulegen. Der Richter hat in einem ersten Schritt den Strafrahmen für die schwerste Straftat zu bestimmen und alsdann die Einsatzstrafe für diese Tat, unter Einbezug aller straferhöhenden und strafmindernden Umstände, innerhalb dieses Strafrahmens festzusetzen. In einem zweiten Schritt hat er diese Einsatzstrafe unter Einbezug der anderen Straftaten zu einer Gesamtstrafe zu erhöhen, wobei er ebenfalls den jeweiligen Umständen Rechnung zu tragen hat (vgl. Urteil 6B_218/2010 vom 8. Juni 2010 E. 2.1 mit Hinweisen). Die Vorinstanz geht lediglich vom abstrakten Strafrahmen einer Freiheitsstrafe bis zu drei Jahren oder Geldstrafe aus und erwägt, dass sich dieser aufgrund des Verübens mehrerer strafbarer Handlungen auf Freiheitsstrafe bis zu viereinhalb Jahren oder Geldstrafe erhöht. Damit folgt sie, wie der Beschwerdeführer zu Recht vorbringt, nicht dem von der Rechtsprechung vorgezeichneten methodischen Vorgehen. Hingegen legt sie in ihren Erwägungen zu den einzelnen Faktoren der Strafzumessung ausführlich dar, wie sie zu der hypothetischen Gesamtstrafe von zehn Monaten Freiheitsstrafe gelangt. Damit lässt sich die Bemessung der Gesamtstrafe hinreichend nachvollziehen. Jedenfalls ist nicht ersichtlich, dass sich die Vorgehensweise der Vorinstanz im Ergebnis zum Nachteil des Beschwerdeführers auswirkt. Es kann daher in Übereinstimmung mit der Rechtsprechung zur Begründung der Strafzumessung auf die Aufhebung des Urteils in diesem Punkt verzichtet werden (vgl. <ref-ruling> E. 2c mit Hinweisen).
4. 4.1 Weiter beanstandet der Beschwerdeführer, dass die Vorinstanz anstelle einer Geldstrafe eine Freiheitsstrafe ausgefällt hat. Sie spreche eine unbedingte Freiheitsstrafe von weniger als sechs Monaten aus, obschon die gesetzlichen Voraussetzungen gemäss <ref-law> nicht erfüllt seien. So seien zum einen die Bedingungen für einen bedingten Vollzug der Strafe im Sinne von <ref-law> gegeben. Zum anderen sei anzunehmen, dass eine Geldstrafe vollzogen werden könne, da er trotz Arbeitslosigkeit und Schulden die durch den Amtsgerichtspräsidenten von Thal-Gäu ausgesprochene Geldstrafe bezahlt habe. Die Vorinstanz lege zudem nicht genügend dar, weshalb im vorliegenden Fall anstelle einer Geldstrafe eine Freiheitsstrafe angebracht sei. Dadurch komme sie der Begründungspflicht im Sinne von <ref-law> nicht nach.
4.2 Die Vorinstanz erachtet eine Geldstrafe in Bezug auf die gewünschte Strafwirkung als nicht genügend. Der Beschwerdeführer habe in den letzten Jahren im Bereich des Strassenverkehrsrechts drei Vorstrafen erwirkt, diese verbüssen müssen und trotzdem nur ein halbes Jahr nach der bedingten Entlassung erneut einschlägig delinquiert. Hinzu kämen die neu zur Beurteilung anstehenden Straftaten. Daher erscheine eine Geldstrafe nicht mehr sachgerecht. Massgebend für den Entscheid zwischen Geld- und Freiheitsstrafe sei nicht alleine, ob der Täter seine Arbeitsstelle verliere und die Freiheitsstrafe zu einer Desozialisierung des Täters führen könne. Aufgrund seiner kriminellen Machenschaften könne der Beschwerdeführer denn auch nicht als sozialisiert gelten. Dem Beschwerdeführer stehe zudem die Möglichkeit offen, die Strafe in Halbgefangenschaft gemäss <ref-law> zu verbüssen.
4.2 Die Vorinstanz erachtet eine Geldstrafe in Bezug auf die gewünschte Strafwirkung als nicht genügend. Der Beschwerdeführer habe in den letzten Jahren im Bereich des Strassenverkehrsrechts drei Vorstrafen erwirkt, diese verbüssen müssen und trotzdem nur ein halbes Jahr nach der bedingten Entlassung erneut einschlägig delinquiert. Hinzu kämen die neu zur Beurteilung anstehenden Straftaten. Daher erscheine eine Geldstrafe nicht mehr sachgerecht. Massgebend für den Entscheid zwischen Geld- und Freiheitsstrafe sei nicht alleine, ob der Täter seine Arbeitsstelle verliere und die Freiheitsstrafe zu einer Desozialisierung des Täters führen könne. Aufgrund seiner kriminellen Machenschaften könne der Beschwerdeführer denn auch nicht als sozialisiert gelten. Dem Beschwerdeführer stehe zudem die Möglichkeit offen, die Strafe in Halbgefangenschaft gemäss <ref-law> zu verbüssen.
4.3 4.3.1 Die Vorinstanz fällte als Zusatzstrafe im Sinne von <ref-law> eine Freiheitsstrafe zu einer Geldstrafe als Grundstrafe aus. Ein solches Vorgehen entspricht nicht den von der bundesgerichtlichen Rechtsprechung entwickelten Grundsätzen für die Strafzumessung bei retrospektiver Konkurrenz. Bedingung für eine Zusatzstrafe ist stets, dass die Voraussetzungen der Gesamtstrafe nach <ref-law> erfüllt sind (<ref-ruling> E. 4b mit Hinweis). Danach sind ungleichartige Strafen kumulativ zu verhängen, weil das Asperationsprinzip nur greift, wenn mehrere gleichartige Strafen ausgesprochen werden. Die Bildung einer Gesamtstrafe ist bei ungleichartigen Strafen nicht möglich (Urteil 6B_785/2009 vom 23. Februar 2010 E. 5.5 mit Hinweisen). Die Praxis zu Art. 68 aStGB ist somit weiterhin massgebend. Gemäss dieser Rechtsprechung mussten beide Strafen verhängt und konnte keine Gesamtstrafe gebildet werden, wenn jemand einerseits mit einer Freiheitsstrafe und anderseits mit einer Busse zu bestrafen war (<ref-ruling> E. 5 mit Hinweisen). Dies gilt gleichermassen nach neuem Recht, ungeachtet dessen, dass durch die am 1. Januar 2007 in Kraft getretene Revision des Allgemeinen Teils des Strafgesetzbuchs neue Strafarten hinzugekommen sind. Die Bildung einer Gesamtstrafe - und mithin einer Zusatzstrafe - ist also nur möglich, wenn mehrere Geldstrafen, mehrfache gemeinnützige Arbeit, mehrere Freiheitsstrafen oder mehrere Bussen ausgesprochen werden (vgl. JÜRG-BEAT ACKERMANN, in: Basler Kommentar, Strafrecht I, 2. Aufl. 2007, N. 37 zu <ref-law>). Demnach ist es ausgeschlossen, eine Freiheitsstrafe als Zusatzstrafe zu einer Geldstrafe auszusprechen. Aus dem nach Art. 68 Ziff. 2 aStGB ergangenen <ref-ruling> E. 8.2, wonach der Zweitrichter in Bezug auf die Strafart nicht an den rechtskräftigen ersten Entscheid gebunden ist, kann für das heutige Recht nichts abgeleitet werden.
4.3.2 Als Zusatzstrafe zu der mit Urteil des Amtsgerichtspräsidenten von Thal-Gäu am 3. November 2009 ausgesprochenen Grundstrafe käme demzufolge nur eine Geldstrafe in Betracht. Ist die Vorinstanz der Ansicht, es sei eine Freiheitsstrafe zu verhängen, muss sie eine eigenständige Strafe bilden. Zudem hat sie in diesem Falle hinreichend zu begründen, weshalb sie sich für eine Freiheitsstrafe anstelle einer Geldstrafe entscheidet (vgl. dazu <ref-ruling> E. 4.2 mit Hinweisen), und gegebenenfalls die Voraussetzung nach <ref-law> zu berücksichtigen.
4.3.3 Das angefochtene Urteil ist aufzuheben. Die Vorinstanz wird in ihrem neuen Entscheid auch die Frage des bedingten Strafvollzugs abermals prüfen müssen, da es bei der Beurteilung der Legalprognose auf die aktuellen Verhältnisse des Beschwerdeführers ankommt (<ref-ruling> E. 4.2.1 mit Hinweisen). Es erübrigt sich, auf die Beschwerde in diesem Punkt näher einzutreten.
5. Der Beschwerdeführer beantragt, ihm sei aufgrund der erlittenen Überhaft eine angemessene Genugtuung zuzusprechen. Bei diesem Verfahrensausgang erübrigt es sich, auf den Antrag einzutreten, da die Vorinstanz die Strafzumessung erneut vornehmen wird.
6. Die Beschwerde ist teilweise gutzuheissen. Im Übrigen ist sie abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist.
Der Beschwerdeführer wird im Umfang seines Unterliegens kostenpflichtig (<ref-law>). Er ersucht jedoch um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege und Verbeiständung. Seine finanzielle Bedürftigkeit ist ausgewiesen. Die Beschwerde war nicht von vornherein aussichtslos. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege ist daher gutzuheissen (<ref-law>). Somit sind keine Gerichtskosten zu erheben.
Der Beschwerdeführer ist aus der Bundesgerichtskasse zu entschädigen. Die Entschädigung ist dem Rechtsvertreter des Beschwerdeführers zuzusprechen.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird teilweise gutgeheissen, das Urteil des Obergerichts des Kantons Zürich vom 24. März 2010 aufgehoben und die Sache im Sinne der Erwägungen zu neuer Entscheidung an die Vorinstanz zurückgewiesen. Im Übrigen wird die Beschwerde abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege wird gutgeheissen.
3. Es werden keine Gerichtskosten erhoben.
4. Dem Rechtsvertreter des Beschwerdeführers, Rechtsanwalt Michel Wehrli, wird für das bundesgerichtliche Verfahren eine Entschädigung von Fr. 3'000.-- aus der Bundesgerichtskasse ausgerichtet.
5. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, I. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 4. Februar 2011
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Die Gerichtsschreiberin:
Favre Horber