La replicazione del DNA

Poiché i due filamenti della doppia elica sono tenuti assieme mediante legami (non covalenti)  relativamente deboli, possiamo aspettarci che i due filamenti possano dividersi facilmente. Infatti, la struttura della doppia elica suggerisce che la replicazione del DNA possa avvenire appunto in questo modo. I filamenti complementari della doppia elica possono anche essere separati quando una soluzione di DNA viene scaldata sopra la temperatura fisiologica.(vicino a 100 °C) o posta in condizioni di elevato pH: questo processo è conosciuto come denaturazione. Comunque la separazione dei filamenti di DNA è un processo reversibile. Quando la temperatura della soluzione di DNA denaturato viene abbassata lentamente, i singoli filamenti spesso incontrano quelli complementari e riformano una regolare doppia elica. La possibilità di rinaturare filamenti di DNA complementari permette la formazione di molecole ibride artificiali semplicemente abbassando la temperatura di una miscela di DNA denaturato provenienti da forme diverse. Allo stesso modo possiamo formare ibridi mescolando filamenti complementari di DNA e RNA. La denaturazione del DNA, comunque, può essere monitorata misurando l'assorbimento di raggi ultravioletti da parte di una soluzione di DNA. Il DNA ha un massimo di assorbimento alla luce ultravioletta a 260 nm: le basi sono le principali responsabili di questo assorbimento. Quando la temperatura di una soluzione di DNA è portata vicino al punto di ebollizione dell'acqua, la densità ottica, assorbanza, misurata a 260 nm, aumenta in modo considerevole. Questo fenomeno è conosciuto come ipercromicità della molecola del DNA ed è dovuta all'impilamento delle basi che essendo schermate dagli zuccheri-fosfato dell'impalcatura della doppia elica sono meno esposte e quindi assorbono meno luce ultravioletta. Se mettiamo in grafico l'assorbanza in funzione della temperatura, osserviamo che l'aumento della luce assorbita avviene ad una ben determinata temperatura seguendo un andamento sigmoidale. Il punto di flesso di questa curva è il punto di fusione o Tm della molecola.
Come il ghiaccio, il DNA fonde e va incontro ad una transizione che lo porta da una struttura a doppia elica altamente ordinata ad una struttura molto meno ordinata: il singolo filamento. La temperatura di fusione è caratteristica per ciascun DNA ed è largamente determinata dal contenuto di G:C e dalla forza ionica della soluzione. Più alta è la percentuale di coppie di basi G:C (e quindi più basso il contenuto in A:T) più alta è la temperatura di fusione, in quanto le coppie G:C contengono tre legami idrogeno, mentre A:T solo due. Allo stesso modo, maggiore è la concentrazione salina della soluzione, più alta è la temperatura a cui il DNA denatura. In quanto ad alta forza ionica, le cariche negative, portate dai gruppi fosforici del DNA, sono protette dai cationi e ciò permette di stabilizzare la doppia elica. Viceversa a bassa forza ionica le cariche negative non sono protette e quindi la doppia elica risulta più instabile.