تتمثل إحدى الطرق السريعة للتمييز بين DNA وRNA في المخططات في البدء بـ النيوكليوتيدة (nucleotide)، وهي الوحدة البنائية (المونومر) المكونة من سكر وقاعدة ومجموعة فوسفات. السكر هنا هو سكر خماسي الكربون (بنتوز)، ويُرسم على هيئة حلقة. يتم ترقيم ذرات الكربون باستخدام علامة “الشرطة” (prime mark)، أي من 1' إلى 5'. ترتبط ذرة الكربون 1' بـ القاعدة النيتروجينية، وهي نظام حلقي غير متجانس يحمل المعلومات الخاصة بتزاوج القواعد. أما ذرة الكربون 5' فترتبط بـ مجموعة فوسفات، وتعمل مجموعات الفوسفات على ربط السكريات لتكوين الهيكل الفقري الفوسفوديستري (phosphodiester backbone)، وهو السلسلة المتكررة من السكر والفوسفات التي تمنح الأحماض النووية قطبيتها الاتجاهية.
الآن، انظر إلى ذرة الكربون 2' في جزيء السكر. في RNA، يكون السكر هو الريبوز (ribose)، الذي يحتوي على مجموعة هيدروكسيل عند الموقع 2’ (تُكتب 2’ OH). وفي DNA، يكون السكر هو ديوكسي ريبوز (deoxyribose)، الذي يحتوي على ذرة هيدروجين عند الموقع 2’ (تُكتب 2’ H). يؤدي استبدال هذه الذرة الواحدة إلى تغيير الخصائص الكيميائية للبوليمر بأكمله؛ لأن مجموعة OH يمكن أن تعمل ككاشف محب للنواة (nucleophile) ويمكنها تكوين روابط هيدروجينية إضافية، في حين لا تستطيع ذرة H القيام بذلك. كما أن قطبية الهيكل الفقري مهمة للبنية ولعمل الإنزيمات؛ إذ تحدد مجموعة فوسفات حرة عند الطرف 5’ ومجموعة هيدروكسيل حرة عند الطرف 3’ نهايتي السلسلة، وتقوم إنزيمات البلمرة (polymerases) بإطالة الأحماض النووية عن طريق إضافة نيوكليوتيدات جديدة إلى مجموعة الهيدروكسيل عند الطرف 3’ (3’ OH).
استخدم المخططات الموضحة بالبيانات لتحديد موقع 2' وتتبع اتجاه الهيكل الفقري من الطرف 5’ إلى الطرف 3’ في كلا البوليمرين.
عندما يقترن شريطا الحمض النووي، فإنهما يشكلان لولباً مزدوجاً، إلا أن هندسة هذا اللولب تختلف بين أشكال الحمض النووي (DNA) المزدوجة المعتادة وأشكال الحمض النووي الريبي (RNA) المزدوجة. يتخذ معظم الحمض النووي الخلوي مزدوج الشريط هيئة الحمض النووي من النمط B (B-form DNA)، وهو لولب يلتف جهة اليمين وتتوضع فيه أزواج القواعد بحيث ينشأ عن اللولب أخدود رئيسي (major groove) واسع وأخدود ثانوي (minor groove) أضيق. والأخدود هو عبارة عن قناة سطحية تتيح للبروتينات قراءة الأنماط الكيميائية الموجودة على حواف القواعد دون الحاجة إلى كسر الهيكل الفقري للسلسلة. وفي الحمض النووي من النمط B، يكشف الأخدود الرئيسي عن نمط غني من مانحات ومستقبلات الروابط الهيدروجينية ومجموعات الميثيل، وهي عناصر يمكن للبروتينات المرتبطة بالحمض النووي تمييزها للتعرف على تسلسلات محددة.
أما الحمض النووي الريبي (RNA) مزدوج الشريط فيميل إلى اتخاذ هيئة الحمض النووي الريبي من النمط A (A-form RNA)؛ وهي هيئة تلتف أيضاً جهة اليمين ولكنها تتميز بأخدود رئيسي أعمق وأصعب وصولاً، وأخدود ثانوي أكثر عرضاً وأقل عمقاً. وتفرض مجموعة الهيدروكسيل (OH) الموجودة عند الموقع 2’ في سكر الريبوز انحناءً معيناً للسكر وهندسة للهيكل الفقري تُفضي إلى التعبئة وفق النمط A. وهنا تظهر العلاقة المباشرة بين البنية والوظيفة؛ إذ تدعم هندسة النمط B التعرف البروتيني على مسافات طويلة على امتداد الكروموسومات، بينما تلائم هندسة النمط A لولبيات الحمض النووي الريبي المدمجة، التي غالباً ما تؤدي وظائفها من خلال الانطواء الموضعي والتفاعل مع بروتينات ترتبط بالحمض النووي الريبي وتتعرف على الشكل وسمات الهيكل الفقري بقدر ما تتعرف على التسلسل.
قارن بين خصائص اللولب ومدى انكشاف الأخاديد في العرض التفاعلي، مع التركيز على تحديد أي من الأخاديد يبدو متاحاً فعلياً لوصول نطاق بروتيني إليه.
مفهوم خاطئ شائع: لا يمكن للـ RNA تكوين بنى مزدوجة (لولب مزدوج) مستقرة لأنه أحادي الشريط. إن كون الجزيء أحادي الشريط يصف حالة بيولوجية شائعة، وليس قيداً كيميائياً؛ إذ يمكن للـ RNA تكوين مناطق مزدوجة طويلة، لكن هذا المزدوج يتخذ عادةً “الشكل A” (A-form)، ويظل البوليمر أكثر نشاطاً كيميائياً بسبب وجود مجموعة الهيدروكسيل في الموقع 2’ (2’-OH).
تفسر مجموعة الهيدروكسيل في الموقع 2’ (2’-OH) -التي تميز الـ RNA- سبب كون هذا الجزيء أكثر عرضة لانكسار الهيكل الفقري (السلسلة الرئيسية). ففي الأوساط القاعدية أو داخل المواقع النشطة للريبوزيمات والإنزيمات، يمكن لذرة الأكسجين في الموقع 2’ مهاجمة مجموعة الفوسفات المجاورة، مما يحفز عملية التحلل المائي (hydrolysis)، وهي انكسار الرابطة نتيجة التفاعل مع الماء. يفتقر الـ DNA إلى هذا العامل النيوكليوفيلي الداخلي، ولذلك فإن هيكله المكون من روابط فوسفاتية ثنائية الإستر (phosphodiester backbone) يُعد أكثر استقراراً كيميائياً في ظروف مماثلة؛ وهذا الاستقرار يدعم تخزين المعلومات لفترات طويلة في الكروموسومات.
كما تختلف طبيعة القواعد النيتروجينية؛ إذ يستخدم الـ RNA قاعدة اليوراسيل، بينما يستخدم الـ DNA قاعدة الثايمين (التي تُعرف كيميائياً بـ 5-ميثيل يوراسيل). وتكتسب هذه النقطة أهمية بالغة بالنسبة لسلامة المعلومات، لأن عملية نزع مجموعة الأمين (deamination) التلقائية من السيتوزين تؤدي إلى تكوّن اليوراسيل. ففي الـ DNA، يُعتبر وجود اليوراسيل أمراً غير طبيعي، مما يتيح لإنزيمات الإصلاح اكتشافه وتمييزه عن الثايمين؛ أما في الـ RNA، فيُعد اليوراسيل مكوناً طبيعياً، وبالتالي لا تتوفر تلك الإشارة المحددة التي تدل على وجود تلف.
يكتسب كلا البوليمرين استقرارهما من خلال تزاوج القواعد وفق نموذج واتسون-كريك وتراص القواعد (base stacking)؛ وهي تفاعلات “باي” (pi interactions) مواتية تنشأ بين القواعد المتجاورة وتقلل من تعرضها للماء. وتتحدد خصائص الانصهار (أو انفصال الشريطين) بناءً على هذه التفاعلات؛ فالمحتوى العالي من أزواج GC يرفع درجة حرارة الانصهار لأن هذه الأزواج تشكّل روابط هيدروجينية أكثر وتتمتع بتفاعلات تراص أقوى. كما أن البنى المزدوجة الأطول تتطلب درجات حرارة أعلى للانصهار، نظراً للحاجة إلى كسر عدد أكبر من روابط التزاوج وتفاعلات التراص.
استخدم السيناريوهات المطروحة لتحديد ما إذا كان الـ DNA أو الـ RNA هو الأنسب، وعلّل اختيارك بالإشارة إلى سمة هيكلية محددة، مثل مجموعة الهيدروكسيل في الموقع 2’ (2’-OH)، أو الشكل المعتاد للبنية المزدوجة، أو قابلية الكشف عن التلف وإصلاحه.