A fines de la década del 70 se iniciaron las investigaciones destinadas a develar la arquitectura de distintas secuencias de ADN de los tipos A y B. Así, en1979, Wang sintetizó y analizó el hexámero CGCGCG y Drew el tetrámero CGCG (la notación convencional de una secuencia de bases de ADN de doble cadena consiste en citar las bases de una cadena leída del extremo 5' al extremo 3'). Con gran sorpresa pudo observarse que ninguno de estos oligómeros mostraba una estructura acorde con las dos formas conocidas de ADN. En efecto, la arquitectura de estas secuencias mostraba un giro de la doble hélice en sentido antihorario, y una peculiar conformación en zig-zag de las cadenas de fosfato-azúcar. Debido a este recorrido zigzagueante, la nueva forma recibió el nombre de ADN Z (véase la figura 5). Una de las características relevantes del polímero Z es la conformación de sus surcos mayor y menor: el primero prácticamente no existe, el segundo es profundo y cavernoso. Esta configuración es exactamente opuesta a la del ADN A, y si observamos una vez más la figura 4 advertiremos la razón: los pares de bases de uno y otro se encuentran desplazados en relación a los ejes de las respectivas hélices de manera opuesta.

La síntesis artificial de nuevos oligómeros permitió obtener las ya conocidas formas A y B del ADN y demostró que la forma Z sólo aparece cuando existen secuencias de pares de bases donde alternan las C con las G ó viceversa. Como ya señalamos y vimos, además, en la figura 4, las pentosas están habitualmente unidas a las bases en la forma anti, con sus carbonos 4' y 5' incluidos en el surco mayor. La base G tiene la particularidad de presentar tanto la forma anti como la forma syn de unión con la pentosa; en este último caso los carbonos 4' y 5' están incluidos en el surco menor. Así, en una secuencia CGCG...(o viceversa) en la que las pentosas de la guanina se hallen en posición syn, se producirá una alternancia de formas anti y syn en la columna vertebral de pentosas-fosfatos que dará lugar a la configuración en zig-zag y al enrollamiento antihorario de la doble hélice, es decir, a la forma Z.

El descubrimiento del ADN Z fue inesperado y se debió al uso de oligómeros sintéticos para el estudio de la biofísica del ADN. La síntesis de nuevas secuencias cortas de ADN permitió obtener las ya conocidas formas A y B y determinar la magnitud de la variación estructural entre las moléculas "estadísticas" de Watson y Crick y éstas a las que bien podemos denominar "realistas". En efecto, estos tetrámeros ,hexámeros ,dodecámeros y demás oligómeros obtenidos artificialmente, reproducen formas existentes en la célula viva e ilustran el hecho de que a lo largo de la cadena de ADN de un cromosoma pueden existir importantes variaciones de conformación que producen una microheterogeneidad topográfica. Hemos de considerar, entonces, las diferencias que pueden existir entre el ADN promedio o estadístico de Watson y Crick y el ADN real.

Fig. 5. Esquema de la forma Z del ADN. Esta variedad se origina por la alternancia syn, anti de sucesivos pares de bases CG. La flecha indica el giro hacia la izquierda de la hélice. La línea vertical muestra el eje de la cadena. Fig. 6. Dos pares de bases complementarias consecutivos son observados en la dirección del eje de la doble hélice. El giro de los ejes longitudinales de dos pares de bases consecutivos define el ángulo de giro. Fig. 7. El giro relativo entre los planos de unión de las bases complementarias púrica y pirimídica define el ángulo de alabeo.

La rotación de la doble cadena de ADN implica la existencia de un giro entre dos pares de bases sucesivos. Se forma así un ángulo de giro (véase la figura 6) que es de 36° para la forma B de la molécula promedio de Watson y Crick y de 32,7° para la forma A dado que, como sabemos, se necesitan respectivamente 10 y 11 pares de bases para completar una vuelta, es decir 360°, de la doble cadena. Los estudios con oligómeros cristalizados de ADN muestran, sin embargo, que el ángulo de giro puede variar de 28° a 42° en la forma B y de 16° a 44° en la forma A. Estos rangos de variación son considerables y muestran hasta qué punto puede modificarse la estructura del ADN a lo largo de la molécula. Dado que la forma Z está enrollada en sentido antihorario,a los ángulos de giro entre dos pares de bases sucesivos se les adjudica signo negativo: para el ADN Z formado por secuencias GC, los ángulos de giro observados varían entre -52,9° y -49,7°, mientras que en el caso de secuencias CG lo hacen entre -9,6° y -7,4°.

Con respecto a la distancia entre dos pares de nucleótidos sucesivos cabe señalar que se han registrado importantes variaciones; por ejemplo en el caso de la forma B dicha distancia varía hasta un 13 % alrededor del valor promedio de 3,4 Å que se ha indicado anteriormente.

Otro de los parámetros biofísicos variable es el ángulo de alabeo. En todo par de bases complementarias, éstas se encuentran giradas una con respecto de la otra a lo largo del eje longitudinal del par. El ángulo de alabeo es el que resulta de este giro (véase la figura 7) y registra variaciones en los rangos de 9,2° a 21,6°, de 6,9° a 16,5° y de 1,6° a 7,2° para las formas A, B y Z respectivamente.

Las consideraciones anteriores ilustran el grado de heterogeneidad estructural que puede existir a lo largo de una cadena de ADN. Además de los parámetros biofísicos aquí considerados, existen muchos otros que son de utilidad para cuantificar las variaciones del ADN. Para el lector interesado, recomendamos los trabajos de R. Dickerson y de W. Saenger que se citan en la bibliografía.

En condiciones normales de hidratación, la forma predominante de ADN es la B, pero en circunstancias especiales esta forma puede transformarse en A o Z y éstas, a su vez, pueden reconvertirse en B o interconvertirse entre sí. El pasaje de una forma a la otra se hace muy rápidamente, en especial el cambio de B a A, que ocurre en fracciones de segundo.

La transformación del ADN B en A se produce en condiciones de moderado descenso de humedad relativa. Por encima del 92% de humedad todo el ADN tiene la forma B, pero tan pronto como la humedad relativa desciende al 80-83 %, comienza la transición en algunas de sus regiones. Finalmente, a un 75% de humedad relativa, la mayor parte de la molécula se encuentra como forma A (sin embargo, aun en estos bajos niveles de humedad aquellas regiones muy ricas en pares de bases AT son capaces de persistir como forma B). Según Dickerson, la caída en los niveles de humedad relativa produciría una deficiencia de moléculas de agua en el surco menor del ADN mientras que persistiría un nivel adecuado de hidratación tanto en el surco mayor como en la cadena de fosfatopentosas. La consecuencia de esta situación sería la pérdida de profundidad del surco menor, el aumento de profundidad del surco mayor y la adopción de la forma A.

El pasaje a la forma Z ocurre en presencia de soluciones salinas (por ejemplo de cloruro de sodio o cloruro de magnesio) de alta concentración. Cuando una secuencia repetida de tipo CG (o GC) adopta la forma Z, existe una marcada cercanía entre los fosfatos de las dos cadenas complementarias, y como estos fosfatos poseen cargas negativas tienden a repelerse y producen una resistencia a la formación del ADN Z. Ahora bien, si existen suficientes cationes (cargas positivas) disueltos, éstos se asocian con los fosfatos, neutralizan sus cargas e inducen así la aparición de la forma Z.