Eine palindromische Sequenz ist eine Nukleinsäuresequenz in einem doppelsträngigen DNA- oder RNA-Molekül, bei der das Ablesen in einer bestimmten Richtung (z. B. 5′ zu 3′) auf einem Strang mit dem Ablesen in der entgegengesetzten Richtung (z. B. 5′ zu 3′) auf dem komplementären Strang übereinstimmt. Diese Definition des Palindroms setzt also voraus, dass die komplementären Stränge zueinander palindromisch sind.
A: Palindrom, B: Schleife, C: Stamm
Die Bedeutung des Palindroms im Kontext der Genetik unterscheidet sich geringfügig von der für Wörter und Sätze verwendeten Definition. Da eine Doppelhelix aus zwei gepaarten antiparallelen Strängen von Nukleotiden besteht, die in entgegengesetzter Richtung verlaufen, und die Nukleotide sich immer auf die gleiche Weise paaren (Adenin (A) mit Thymin (T) in der DNA oder Uracil (U) in der RNA; Cytosin (C) mit Guanin (G)), wird eine (einzelsträngige) Nukleotidsequenz als Palindrom bezeichnet, wenn sie gleich ihrem umgekehrten Komplement ist. Zum Beispiel ist die DNA-Sequenz ACCTAGGT palindrom, weil ihr Nukleotid-für-Nukleotid-Komplement TGGATCCA ist und die Umkehrung der Reihenfolge der Nukleotide im Komplement die ursprüngliche Sequenz ergibt.
Eine palindromische Nukleotidsequenz kann eine Haarnadel bilden. Der Stammteil der Haarnadel ist ein Pseudo-Doppelstrang, da die gesamte Haarnadel ein Teil desselben (Einzel-)Strangs der Nukleinsäure ist. Palindromische Motive finden sich in den meisten Genomen oder genetischen Anweisungen. Besonders erforscht wurden sie in bakteriellen Chromosomen und in den so genannten BIMEs (Bacterial Interspersed Mosaic Elements), die über sie verstreut sind. Im Jahr 2008 wurde im Rahmen eines Genomsequenzierungsprojekts entdeckt, dass große Teile der menschlichen X- und Y-Chromosomen als Palindrome angeordnet sind. Eine palindromische Struktur ermöglicht es dem Y-Chromosom, sich selbst zu reparieren, indem es sich in der Mitte umbiegt, wenn eine Seite beschädigt ist.
Palindrome scheinen auch häufig in den Peptidsequenzen zu finden zu sein, aus denen Proteine bestehen, aber ihre Rolle bei der Proteinfunktion ist nicht eindeutig bekannt. Es wurde vermutet, dass das Vorhandensein von Palindromen in Peptiden mit der Prävalenz von Regionen mit geringer Komplexität in Proteinen zusammenhängen könnte, da Palindrome häufig mit Sequenzen geringer Komplexität assoziiert sind. Ihr Vorhandensein könnte auch mit der Neigung solcher Sequenzen zusammenhängen, Alpha-Helices oder Protein/Protein-Komplexe zu bilden.