核酸の三次構造
例えば、Tetrahymena thermophilaのグループIイントロンのP4-P6ドメイン中にはタンデムなG-Uゆらぎ塩基対とG-Aミスマッチからなるイオン結合部位がいくつか存在し、そこではグアノシンのフーグスティーンエッジのO6とN7を介して2価カチオンが相互作用する。テトラヒメナのグループIイントロン中の他のイオン結合モチーフとしてはA-Aプラットフォームモチーフがあり、RNAの同じ鎖中で連続したアデノシンが非典型的な擬似塩基対を形成する。タンデムG-Uモチーフとは異なり、A-Aプラットフォームモチーフは1価カチオンを好んで結合する。これらのモチーフの多くでは、1価または2価カチオンが存在しないときには構造の柔軟性が大きく増加するか、その三次構造を失う。
2価金属イオン、特にマグネシウムは、遺伝的組換えにおけるホリデイジャンクション中間体などのDNAジャンクション構造に重要であることが判明している。マグネシウムイオンはジャンクション中の負に帯電したリン酸基を遮蔽し、近接して配置されてスタッキングしたコンフォメーションを取ることを可能にする。マグネシウムは、double crossover motifなどDNAナノテクノロジーで利用される人工的にデザインされた構造中でのジャンクションの安定化にも重要である。
「テトラループ受容体モチーフ」は、テトラループ内の塩基がRNAの二次構造上で離れた位置にあるステムループ配列との水素結合する、長距離の三次元的相互作用である。水素結合に加えて、スタッキング相互作用はこれらの三次元的相互作用の重要な要素となる。例えば、GNRAテトラループの相互作用では、テトラループの2番目のヌクレオチドは受容体内部のA-プラットフォームモチーフへ直接スタッキングする。テトラループとその受容体の配列は、さまざまテトラループのアイソフォームとその受容体との間で同じタイプの三次元的接触が起こるよう、しばしば共変化が起こっている。
自己スプライシンググループIイントロンの構造や機能はテトラループ受容体モチーフに依存している。特に、典型的なGAAAモチーフの3つのアデニン塩基は受容体ヘリックスの上にスタッキングし、受容体と複数の水素結合を形成して安定化する。GAAA配列の最初のアデニンは、受容体のAU塩基と三重鎖構造を形成する。2番目のアデニンは、同じウリジンとの水素結合と、受容体の2'-OH基、GAAAテトラループのグアニンとの相互作用によって安定化される。3番目のアデニンは三重鎖構造を形成する。
同軸的スタッキング(coaxial stacking)はヘリカル(らせん形)スタッキング(helical stacking)としても知られ、RNAの三次構造で高次構造を決定する主要な因子である。同軸的スタッキングは2つのRNA二重らせんが連続的なヘリックスを形成し、それら2つのヘリックスの相互作用面が塩基のスタッキングによって安定化されているときに生じる。同軸的スタッキングはtRNAの結晶構造の報告で記載された。より最近では、同軸的スタッキングは、自己スプライシングを行うグループI、グループIIイントロンを含む、多くのリボザイムの高次構造で観察されている。同軸的スタッキングでよくみられるモチーフには、キッシングループ(英語版)(kissing loop)相互作用とシュードノットがある。これらの相互作用の安定性は、“Turner’s rules” を適用することで予測することができる。
1994年、WalterとTurnerは、ステムループ末端の4ヌクレオチドの突出部と短いオリゴマーの間でヘリックス-ヘリックス相互作用面を作り出すモデルシステムを用いて、ヘリックス-ヘリックス相互作用面内の最近接スタッキング相互作用の自由エネルギーへの寄与の程度を決定した。彼らの実験は、2つのヘリックス間の塩基スタッキングの熱力学的な寄与は、標準的な二重らせん形成時の熱力学的寄与(形成されるヘリックスの熱力学的安定性を予測する最近接相互作用)にきわめて近似的なものであることを確証した。