nır ya da değiştirir. DNA 'nın aşırı uzunluğunun (bir kromozomdaki DNA'nın uzunluğu 10 cm'yi bulabilir), onun sertliğinin ve sarmal yapısının bir sonucu olarak, hücre DNA'sının düzenlenebilmesi için histon gibi yapısal proteinler ve topoizomeraz ve helikaz gibi enzimler evrimleşmiştir. DNA'nın özellikleri onun moleküler yapısı ve dizisi ile yakından ilişkilidir. Özellikle DNA ipliklerini birbirine bağlayan hidrojen bağları ve elektronik etkileşimlerin, her bir iplikteki bağların kuvvetine kıyasla olan zayıflığı, bu ilişkide önemli bir rol oynar.

DNA'nın mekanik yapısını doğrudan ölçebilen deneysel teknikler nispeten yenidir ve çözelti içinde yüksek çözünümlü görüntüleme genelde zordur. Buna rağmen, bilimciler bu polimerin mekanik özellikleri hakkında büyük miktarda veri üretmişlerdir ve DNA'nın mekanik özelliklerinin hücresel süreçlere olan etkileri halen aktif olarak araştırılmakta olan bir konudur.

Çoğu hücrede bulunan DNA'nın uzunluk bakımından mikroskobik olduğunu belirtmek önemlidir—her bir insan kromozomundaki DNA birkaç santimetre uzunluğundadır. Dolayısıyla, hücreler DNA'yı içlerinde taşıyabilmek için onu sıkıştırmak veya "paketlemek" zorundadırlar. Ökaryotlarda, histon olarak adlandırılan makara gibi proteinler etrafından DNA'nın sarılması ile bu gerçekleşir. Bu DNA-protein kompleksinin daha da çok sıkıştırılması sonucu mitoz bölünme sırasında görülen kromozom yapıları meydana gelir.

DNA yapılarının belirlenmesi nükleer manyetik rezonans veya X-ışını kristalogafisi teknikleri ile yapılır. A-DNA ve B-DNA'nın X-işini kırınım örüntülerinin ilk yayımlanan raporları Patterson transformlarına dayanan analizler kullanmış, bunlar buzağı timus DNA'sının yönlendirilmiş lifleri için sınırlı miktarda yapısal bilgi sağlamışlardı. 1953'te Wilkins ve çalışma arkadaşları, bakteri ve alabalık sperm DNA'sının sulandırılmış (hidrate) ve yönlendirilmiş liflerindeki B-DNA'nın X-ışını kırınım ve saçılım örüntüleri için alternatif bir analiz yöntemini önerdiler, Bessel foksiyonlarının kareler toplamını kullanmak yoluyla. `B-DNA biçimi' hücre içindeki şartlarda en yaygın olmakla beraber, aslında bu iyi tanımlanmış bir üç boyutlu yapı (konformasyon) değil, canlı hücrelerin çoğunda bulunan sulanma seviyelerinde görülen bir DNA konformasyonlar ailesi veya konformasyonlar bulanık kümesidir ("fuzzy set"). Bunlara karşılık gelen X-ışını kırınım ve saçılım örüntüleri, önemli oranda (>%20) bir düzensizlik içeren moleküler parakristallere özgündür, ve bu yüzden standart analiz yöntemleri kullanılarak bunların yapıları çözülemez.

Buna karşın, Bessel fonksiyonlarının Fourier transformu ve DNA moleküler modelleri kullanılarak yapılan standart analizler, A-DNA ve Z-DNA'nın X-ışını kırınım örüntülerinin analizinde rutin olarak hâlâ kullanılmaktadır.

Bir baz çiftinin geometrisi 6 koordinat ile tanımlanabilir: yükselti, burulma, kayma, ötelenme, yatıklık ve yalpa (İngilizce "rise, twist, slide, shift, tilt," ve "roll"). Bu değerler DNA molekülündeki her bir baz çiftinin uzaydaki konum ve doğrultusunu, sarmalda kendisinden bir evvelkine göreli olarak tam olarak tanımlar. Bunlar topluca molekülün sarmal yapısını tanımlarlar. Bir DNA molekülünde normal yapının bozulmuş olduğu bölgelerde bu değerler bozulmayı betimlemek için kullanılır.

Her bir baz çifti için aşağıdaki parametreler de tanımlanmıştır::


Yükselme ve burulma, sarmalın elliliğini ve hatvesini belirler. Diğer parametreler sıfıra eşit olabilir. Kayma ve ötelenme, B-DNA'da tipik olarak küçük değerlerdir ama A- ve Z-DNA'da büyük değerlere sahip olabilir. Yatıklık ve yalpa, ardışık baz çiftlerinin daha az paralel olmasına neden olur ve bunlar tipik olarak küçük değerlerdir. Bu parametreler hakkında bir şekil, 3DNA Web sitesinde görülebilir.

Bilimsel literatürde yatıklık (İngilizce "tilt") başka bir anlamda da kullanılabilir; ilk baz çifti ekseninin, sarmal eksenine olan diklikten olan sapması için de bu terim kullanılabilir. Bu anlam, ardışık iki baz çifti arasındaki kaymaya karşılık gelir ve sarmal-tabanlı koordinatlarda daha uygun olarak "eğim" (İng. "inclination") olarak belirtilir.

Doğada üç DNA üç boyutlu yapısı (konformasyonu) olduğu düşünülmektedir, bunlar A-DNA, B-DNA, ve Z-DNA olarak adlandırılırlar. James D. Watson ve Francis Crick tarafından betimlenmiş olan "B" biçiminin hücrelerde hakim biçim olduğu görüşü yaygındır. 23,7 Å genişliğindedir ve 10 baz çifti için 34 Å uzanır. Çifte sarmal her 10,4-10,5 baz çifti için bir tam dönüş yapar. Bu burulma sıklığı (sarmal hatvesi), her bir bazın komşularına yaptığı istifleme (İng. "stacking") güçlerine bağlıdır.

Başka konformasyonlar da olasıldır; A-DNA, B-DNA, C-DNA, D-DNA, E-DNA, L-DNA(D-DNA'nın enatiomerik yapısı), P-DNA, S-DNA, Z-DNA, v.s. tanımlanmıştır. Gelecekte keşfedilebilecek DNA konformasyonları için F, Q, U, V, ve Y harfleri kalmıştır. Ancak bu biçimlerin çoğu suni olarak yaratılmış ve doğal olarak, biyoloji sistemlerde gözlemlenmemiştir.

DNA'nın bir diğer yapı tipi, üç sarmallı DNA'dır.

A ve Z-DNA, geometrileri bakımından birbirlerinden önemli derecede farklılık gösterirler ama ikisi de sarmal yapılıdırlar. A yapısı, sadece su kaybetmiş (dehidrate) DNA örneklerinde (kristalografik deneylerde olduğu gibi) ve belki DNA-RNA ipliklerinin hibrit eşleşmelerinde görülebildiği muhtemel sayılmaktadır. Hücrelerde DNA'nın metilasyona uğramış kısımları Z-DNA geometrisini sahip olabilir. Ayrıca bazı protein-DNA komplekslerinin Z-DNA yapıları oluşturduğuna dair deliller vardır.

DNA'nın B biçimi her 10,4-10,5 bç bir tam dönüş yapar, torsiyon gerilimi olmayınca. Ancak, çeşitli biyolojik süreçler torsiyon gerilimi yaratır. Aşırı veya eksik sarmal gerilimli bir DNA parçasına pozitif veya negatif "süpersarımlı" olarak değinilir. Hücrelerdeki DNA tipik olarak negatif süpersarımlıdır, onun böyle olması ikili sarmalın çözülüp (eriyip) transkripsiyonun olmasını sağlar.

DNA'nın sarmal olmayan biçimleri de betimlenmiştir, örneğin yan yana ve üçlü sarmal biçimleri. Tek iplikli DNA, DNA ikilenmesi sırasında veya ısı ile DNA ipliklerinin ayrışması sonucu meydana gelir.

DNA göreceli olarak rijit bir polimer sayılır, Solucanvari zincir olarak modellenir. Üç önemli serbestlik derecesi vardır: bükülme, burulma ve sıkışma. Bunların her biri DNA'nın hücre içindeki yeteneklerine belli sınırlamalar getirir. Burulma/torsiyonal tutukluğu, DNA'nın halkasallaşmasına ve DNA'ya bağlanan proteinlerin birbirlerine göreceli doğrultusuna etki eder. Bükülme/eksensel tutukluğu DNA'nın sarılmasına, onun halkasallaşmasına ve proteinlerle etkileşimine etki eder. Sıkışma (kompresyon)/uzama ise yüksek gerilme hâli dışında nispeten önemsizdir.

Çözeltideki DNA'nın rijit bir yapısı yoktur, termal titreşimler ve su molekülleri ile çarpışmalar nedeniyle sürekli değişen bir konformasyona sahiptir ve bu yüzden rijitliğin klasik ölçümleri mümkün değildir. Dolayısıyla DNA'nın bükülmezliği onun süreğenlik uzunluğu ile ölçülür, bunun tanımı şöyledir:

Bu değer atomik kuvvet mikroskobu ile farklı uzunlukta DNA moleküllerini görüntüleyerek doğrudan ölçülebilir. Sulu çözeltilerde ortalama süreğenlik uzunluğu 46-50 nm veya 140-150 baz çiftidir (DNA'nın çapı 2 nm'dir), ama bu değer büyük çeşitlilik gösterebilir. Bu tanıma göre DNA orta derecede rijit bir molekül sayılır.

DNA'nın belli bir kısmının süreğenlik uzunluğu kısmen onun dizisine bağlı olduğu için büyük bir varyasyon gösterebilir. Bu varyasyon büyük ölçüde baz istiflenme enerjisinde ve küçük ve büyük oluklara uzanan bazlardan kaynaklanır.

DNA'nın entropik esnekliği standart polimer fiziği modelleri ("Kratky-Porod" solucan benzeri zincir modeli gibi) ile dikkate değer derecede uyumludur. Solucan benzeri zincir modelinin öngördüğü gibi, küçük (picoNewton-altı) kuvvetlerde Hooke kanunu tarafından betimlenir. Ancak, süreğenlik uzunluğunundan kısa uzunlukta DNA parçalarında bükülme kuvveti yaklaşık sabittir ve davranışı, solucan benzeri zincir öngörülerinden sapma gösterir. Bunun sonucu olarak küçük DNA molekülleri kolay halkalaşır ve DNA'da çok bükük kısımların bulunma olasılığı daha yüksektir.

DNA moleküllerinin bükülmesine tercihli yönler vardır, yani DNA anizotropik bükülme gösterir. Bunun nedeni DNA dizisini oluşturan bazların özellikleridir; rastgele bir dizinin tercihli bir bükülme yönü yoktur.

Tercihli DNA bükülmesi, her bazın komşusu üzerinde istiflenmesinin stabilitesi tarafından belirlenir. Eğer kararsız baz istiflenmesi DNA sarmalının hep aynı tarafında yer alırsa DNA o yöne doğru bükülür. Bükülme açısı artınca sterik engeller ve bazların birbirine göre yuvarlanması da bükülmede rol oynar, özellikle küçük olukta. A ve T bazları bükülmelerin iç tarafında küçük olukta tercihen bulunurlar. Bu etki özellikle DNA-protein bağlanması sonucu sıkı bükülmenin oluştuğu yerlerde görülür, nükleozom taneciklerinde olduğu gibi. Yukarıdaki tabloda baz çarpıtmalarına (distorsiyonlarına) bakınız.

İstisnai bükülme tercihi olan DNA molekülleri içsel olarak büküktürler. Bu olgu ilk defa tripanozomlardaki kinetoplast DNA'sında gözlemlenmiştir. Buna neden olan tipik DNA dizileri 4-6 T ve A bazından oluşan bölümler ve bu bölümleri DNA'nın hep aynı tarafındaki küçük oluğa rastlatacak şekilde aralarda G ve C-zengini bölümlerdir. Örneğin:

Bu içsel olarak bükük yapıda baz çiftlerindeki 'pervane burulması' meydan gelir, yani baz basamakları arasında anormal çatallaşmış Hidrojen bağları oluşabilir. Yüksek sıcaklıklarda bu yapı ve onun neden olduğu içsel büküklük kaybolur.

Anizotropik olarak bükülen her DNA'nın süreğenlik uzunluğu ortalamadan daha fazladır ve eksensel bükülmezliği daha çoktur, yani rastgele bükülme olasılığı daha düşüktür.

DNA halkalaşması molekülün hem eksensel (bükülme) sertliği hem de torsiyonal (dönel) sertliği ile ilişkilidir. Bir DNA molekülünün başarılı bir şekilde halkalaşabilmesi için tam halka olabilecek kadar uzun olması gerekir; buna ilaveten, kovalent bağların oluşabilmesi için uçtaki bazların doğru açıya sahip olması gerekir, bunun için de molekülde doğru sayıda baz bulunması gerekir. DNA halkalaşmas