核酸の三次構造
二重らせんは生体のDNAで最も多くみられる三次構造であり、RNAもこの構造をとることができる。自然界で見つかるDNAのコンフォメーションはA-DNA、B-DNA、Z-DNAであると考えられている。ジェームズ・ワトソンとフランシス・クリックによって記載されたB型のDNAが、細胞内で最も多くみられる構造であると考えられている。ワトソンとクリックは、この構造を半径 10 Å、ピッチ 34 Å、10塩基対ごとに1回転する二重らせんとして記載した。溶液中では、二重らせんは10.4–10.5塩基対ごとに1回転する。このねじれの頻度は、各塩基が隣接塩基に及ぼすスタッキング相互作用に大きく依存している。RNAの二重らせんは、A型の構造に類似したコンフォメーションをとる。
A型、B型、Z型以外のコンフォメーションも可能である。事実、多くのコンフォメーションが発見されており、将来的に新たなDNA構造が見つかったときに使えるアルファベットはF、Q、U、V、Yだけしか残されていない。しかし、これらの構造形式の大部分は人工的に作り出されたものであり、自然発生した生物学的な系では観察されていない。
その相互作用は、金属結合を水分子が媒介するかどうかによって2つのカテゴリーにさらに分類される。外圏型(outer sphere)の相互作用は、金属イオンを囲む水分子によって媒介される。例えば、マグネシウム六水和物は特定のRNA三次構造モチーフの主鎖のグアノシンを介して相互作用し安定化する。逆に、内圏型(inner sphere)の相互作用は、直接金属イオンによって媒介される。RNAは多くの場合多段階のフォールディングを行い、その各段階は異なるタイプのカチオンによって安定化される。後期の段階はRNAの三次構造の形成を伴い、主にマグネシウムなどの2価イオンの結合によって安定化されるが、カリウムイオンの結合も寄与している可能性がある。
金属結合部位は多くの場合RNA二重らせんの深く狭い主溝に局在し、プリン塩基のフーグスティーンエッジ(フーグスティーン型塩基対を形成する側)に配位する。特に、金属カチオンは主鎖がねじれ、リン酸が密にパッキングし濃密な負電荷となる部位を安定化する。RNA二重らせん中の金属イオン結合モチーフがいくつか結晶構造中に同定されている。
0・III型モチーフの相互作用は1つの2’-OH基によって媒介され、より弱く非特異的である。
A-マイナーモチーフはリボソームで最もよく見られるRNAの構造モチーフであり、tRNAの23S rRNAへの結合にも寄与している。グループIIイントロンのコアでみられるように、ほとんどの場合ループやヘリックス部分で二重らせん相互作用を安定化している。
A-マイナーモチーフの興味深い例は、アンチコドンの認識における役割である。リボソームはコドン-アンチコドンの正確な対合と不正確な対合を見分けなければならず、その過程の一部は副溝へのアデニン塩基の挿入によって行われている。不正確なコドン-アンチコドン対合ではヘリックスの形状が歪み、A-マイナー相互作用による結合安定化が妨げられ、不正確なtRNAの解離速度が増加する。
23S rRNA中のA-マイナーモチーフの分析によって、構造に依存した階層的ネットワークが存在することが明らかとなり、リボソームの進化や現代の細菌の大サブユニットの発展をもたらしたイベントの順序との関連が示唆されている。
テトラループ(英語版)とその受容体間の相互作用は、テトラループモチーフのループ部分のヌクレオチドとRNA二重らせん内部の受容体モチーフにおける、塩基対形成とスタッキング相互作用の組み合わせであり、三次元的な相互作用を作り出すことでRNA分子全体の三次元的フォールドを安定化している。また、テトラループはDNA二重らせん中でも可能な構造である。
ステムループのサイズや配列はさまざまであるが、テトラループの4つのヌクレオチドは非常に共通している。それらは配列に基づいて通常3つのカテゴリーのいずれかに属し、CUYG、UNCG、GNRAテトラループという3つのファミリーが存在する。これらのテトラループでは2番目と3番目のヌクレオチドがRNA鎖のターンを形成し、1番目と4番目のヌクレオチドが塩基対を形成してステムループ構造を安定化する。一般的にテトラループの安定性は、ループ内部の塩基組成とこの"closing base pair"の構成に依存することが決定されている。GNRAファミリーのテトラループは、テトラループ-受容体相互作用で最もよく観察されるタイプである。