核酸の三次構造
二重らせん、上述した三重鎖の他に、RNAとDNAはどちらも四重らせんを形成することができる。RNAの四重鎖には多様な構造が存在する。グアニン残基はフーグスティーン型水素結合によって“Hoogsteen ring”を形成し、四重鎖を形成する(グアニン四重鎖)。G-CとA-U塩基対はワトソン・クリック型塩基対と副溝での非標準的塩基対との組み合わせによって四重鎖を形成することができる。
マラカイトグリーンのアプタマーのコアには、さまざまな水素結合パターンからなる、一種の四重鎖構造が存在する。四重鎖は何度か連続した繰り返し構造を形成することができ、非常に安定な構造が作り出される。
四重鎖領域の独特な構造は、生体システムでさまざまな機能を果たしている可能性がある。2つの重要な機能は、リガンドやタンパク質が結合する可能性と、DNAやRNAの全体的な三次構造を安定させる能力である。その強固な構造は、染色体のテロメア領域やmRNAのUTRで見られるように、転写や複製を阻害したり調節したりすることができる。リガンドの結合には塩基の同一性が重要である。Gカルテットは通常カリウムイオンのような1価イオンを結合するが、他の塩基組成では他のリガンドを結合することができ、例えばU-U-C-U四重鎖はヒポキサンチンを結合する。
これらの機能に加えて、細菌ではmRNA上のリボソーム結合部位周辺のグアニン四重鎖は遺伝子発現の調節因子として機能することがある。まだin vivoでは発見されていない興味深い構造や機能が存在する可能性がある。
最近接相互作用の相対的安定性は、エネルギー的に有利な同軸的スタッキングを既知二次構造に基づいて予想する際に利用することができる。WalterとTurnerは、同軸的スタッキングによる寄与を考慮に入れることで、RNA構造予測の正確さが平均して67%から74%へ改善することを見出した。
最もよく研究されているRNA三次構造には、同軸的スタッキングの例が含まれている。よく知られた例としては、tRNA、グループIイントロン、グループIIイントロン、そしてリボソームRNAがある。tRNAの結晶構造解析によって、アミノ酸アクセプターステムとTアームのスタッキング、Dアームとアンチコドンステムのスタッキングという、同軸的スタッキングによって伸長したヘリックスが存在することが明らかにされた。これらのtRNA内部の相互作用によって、アンチコドンステムとアクセプターステムは直交した向きとなり、機能的なL字型の三次構造が形成される。グループIイントロンでは、P4、P6ヘリックスが同軸的スタッキングを行うことが、生化学的、結晶学的手法の組み合わせによって示されている。P4-P6ヘリックスの結晶構造では、同軸的スタッキングがどのようにRNAヘリックスを三次構造へとパッキングし安定化するかが詳細に示された。Oceanobacillus iheyensisの自己スプライシンググループIIイントロンでは、IA、IBステムが同軸的スタッキングを行い、five-way junctionの構成要素となるヘリックスの相対的配向に寄与している。
minor groove triplexは普遍的にみられるRNAの構造モチーフである。副溝(minor groove)との相互作用はリボースの2'-OH基を介して行われることが多いため、このRNAモチーフはDNAの三重鎖とは見た目が大きく異なる。minor groove triplexの例として最もよく見られるのはAマイナーモチーフ(A-minor motif)であり、アデニン塩基が副溝へ挿入される。しかし、このモチーフはアデニンに限定されているわけではなく、他の核酸塩基もRNAの副溝と相互作用することが観察されている。
副溝は挿入された塩基とほぼ完全な相補性を示す。これによって最適なファンデルワールス相互作用、広範囲の水素結合と疎水表面の埋没が可能となり、エネルギー的に極めて有利な相互作用が作り出される。minor groove triplexはループとヘリックスを安定にパッキングすることができるため、グループIイントロン(英語版)、グループIIイントロン、リボソームなどの巨大なリボヌクレオチド構造の主要な要素となっている。