Вторинна структура ДНК являє собою спіраль, що складається з двох антипаралельних полінуклеотидних ланцюгів, закручених щодо один одного і навколо загальної осі. Всі підстави ланцюгів ДНК розташовані стопкою всередині подвійної спіралі, а пентозофосфатний остов - зовні. Полінуклеотидні ланцюга утримуються один щодо одного за рахунок водневих зв'язків між комплементарними підставами. Додаткова стабілізація спіралі відбувається за рахунок гідрофобних взаємодій, що виникають між азотистими підставами в стосі. З'ясування вторинної структури ДНК (Д. Уотсон, Ф. Крик, 1953) стало одним з найбільших відкриттів в природознавстві, так як дозволило розкрити механізм передачі спадкової інформації в ряді поколінь.
Третинна структура ДНК різниться у прокариотических і еукаріотичних організмів. У бактерій і вірусів, а також в мітохондріях і хлоропластах еукаріот ДНК мають або лінійну, або кільцеву форму, дво- або одноцепочечную. Дволанцюжкові ДНК легко переходять в суперспіралізованное стан в результаті додаткового скручування в просторі двухспіральной молекули.
Третинна структура ДНК еукаріотів також виражена в багаторазової суперспіралізації молекули, однак, на відміну від прокаріотів, вона здійснюється у формі комплексів ДНК з гістонові і негістонових білками. Такі дезоксінуклеопротеіни називаються хроматином.
Виділяють такі рівні упаковки хроматину (Рис 5.1):
1. нуклеосомної. Чотири гистона Н2А, Н2В, Н3 і Н4 (по 2 кожного типу) утворюють октамерний білковий комплекс, який називають нуклеосомної кором. Молекула ДНК накручується на поверхню цього кора, здійснюючи 1,75 обороту (близько 146 пар нуклеотидів). Такий комплекс гістонових білків з ДНК є основною структурною одиницею хроматину і називається нуклеосоме. ДНК, що сполучає нуклеосомної частки, називають лінкерних ДНК. З нею зв'язуються молекули гистона Н1, захищаючи ці ділянки від дії нуклеаз.
2. Соленоїдний. Нуклеосомна нитку скручується в товщі фібрили - соленоїди. Їх також називають хроматиновими фибриллами.
3. Петлевой. Соленоидная фібрила утворює петлі і додатково упаковується.
4. метафазної хромосома. Петелькові домени додатково конденсірутся і спирализуются, набувають чіткі форми.
Мал. 5.1. Рівні організації хроматину
Негістонові білки хроматину представлені сотнями найрізноманітніших ДНК-зв'язуючих протеїнів. До цієї групи відносять сімейство білків типу «цинкові пальці», білки високої рухливості (HGM-білки), ферменти реплікації, транскрипції і репарації. Таким чином, за участю структурних, регуляторних білків, а також ферментів, що беруть участь в синтезі ДНК і РНК, нитка нуклеосом перетворюється в висококонденсований комплекс білків і нуклеїнових кислот.