1953年4月25日发表在英国《自然》杂志上的一篇论文《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》，揭开了DNA的结构之迷。沃森、克里克和维尔金斯三人也因此共同获得了1962年的诺贝尔生理学或医学奖。那么，DNA分子的结构到底是怎样的呢？
1.基本单位
DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸。每分子脱氧核苷酸由一分子含氮碱基、一分子磷酸和一分子脱氧核糖通过脱水缩合而成（右图）。由于构成DNA的含氮碱基有四种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C），因而脱氧核苷酸也有四种，它们分别是腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸。
2.分子结构
DNA分子的立体结构为规则的双螺旋结构，具体为：由两条DNA反向平行的DNA链盘旋成双螺旋结构。DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对（A与T通过两个氢键相连、C与G通过三个氢键相连），碱基配对遵循碱基互补配对原则。应注意以下几点：
（1）DNA链：由一分子脱氧核苷酸的3号碳原子与另一分子脱氧核苷酸的5号碳原子端的磷酸基团之间通过脱水缩合形成磷酸二脂键，由磷酸二脂键将脱氧核苷酸连接成链。
（2）5‘端和3‘端：由于DNA链中的游离磷酸基团连接在5号碳原子上，称5‘端；另一端的的3号碳原子端称为3‘端。
（3）反向平行：指构成DNA分子的两条链中，总是一条链的5‘端与另一条链的3‘端相对，即一条链是3‘——5‘，另一条为5‘——3‘。
（4）碱基配对原则：两条链之间的碱基配对时，A与T配对、C与G配对。双链DNA分子中，A=T，C=G（指数目），A%=T%，C%=G%，可据此得出：
①A G=T C：即嘌呤碱基数与嘧啶碱基数相等；
②A C（G）=T G（C）：即任意两不互补碱基的数目相等；
③A% C%=T% G%=A% G%=T% C%=50%：即任意两不互补碱基含量之和相等，占碱基总数的50%;
④（A1 T1）/（C1 G1）=（A2 T2）/（C2 G2）=（A T）/（C G）=A/C=T/G：即双链DNA及其任一条链的（A T）/（C G）为一定值；
⑤（A1 C1）/（T1 G1）=（T2 G2）/（A2 C2）=1/[（A2 C2）/（T2 G2）]：DNA分子两条链中的（A C）/（T G）互为倒数；双链DNA分子的（A C）/（T G）=1。
根据以上推论，结合已知条件可方便的计算DNA分子中某种碱基的数量和含量。
3.结构特点
（1）稳定性：规则的双螺旋结构使其结构相对稳定，一般不易改变。
（2）多样性：虽然构成DNA的碱基只有四种，但由于构成每个DNA分子的碱基对数、碱基种类及排列顺序多样，可形成多种多样的DNA分子。
（3）特异性：对一个具体的DNA分子而言，其碱基对特定的排列顺序可使其携带特定的遗传信息，决定该DNA分子的特异性。
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