Zum Verständnis der Mechanismen der Strangtrennung benötigen wir zunächst ein Verständnis zur Architektur und Stabilität der Doppelhelix. Dafür gibt es ein eigenes Kapitel DNA-Strukturen, so dass an dieser Stelle nur auf die Grundlagen eingegangen werden soll (DNA-Strukturen).
Die Stabilität der DNA-Doppelhelix ist vor allem auf die Stapelkräfte (stacking interactions) zwischen den benachbarten Basenpaaren zurückzuführen.
Entgegen einer weitverbreiteten Ansicht spielen die Wasserstoff-Brückenbindungen dabei eine deutlich geringere Rolle. Die Stapelkräfte beruhen auf Wechselwirkungen zwischen den π-Elektronensystemen der quasi aromatischen Basen. Der Effekt ist auch als charge transfer complex bekannt.
Ab einer Länge von etwa 30 Nucleotiden ist die Stabilität der Doppelhelix nicht mehr von der Länge des Polymers abhängig; man beobachtet ein streng kooperatives Verhalten. Das gilt für eine statistische Verteilung der Nucleotide. GC-reiche Abschnitte zeigen dagegen eine erhöhte Stabilität gegenüber AT-reichen Abschnitten. Andere Faktoren, die die Stabilität beeinflussen, können die Überstruktur und assoziierte Proteine sein.
Bei Oligonucleotiden (bis circa 30 Basen) und an den Enden liegen besondere Verhältnisse vor. Hier ist die Stabilität der Helix noch von der Länge der DNA bzw. vom Abstand zum Ende abhängig. Merke: Die Enden sind immer am wenigsten stabil.
Das endständige Nucleotid kann nur in eine Richtung Stapelkräfte ausbilden. Folglich ist es auch bei niedrigen Temperaturen fast immer frei. Das zweite Nucleotid ist gleichfalls relativ frei, wenn das erste Nucleotid keine Stapelkräfte ausbildet. So beobachtet man einen Stabilitätsgradienten. Erst ab Nucleotid vier ist der Effekt vernachlässigbar. Das wiederum bedeutet, dass ein Octaoligonucleotid (8-mer) das erste Oligomer mit einer messbaren Stabilität ist, vorausgesetzt die Sequenz ist selbstkomplementär. Bereits bei Raumtemperatur ist diese Doppelhelix nicht mehr stabil.
