DNA是储存遗传信息的双链螺旋。其结构和拓扑结构对其复制、转录和修复功能至关重要，并且该分子可以根据序列和环境条件采用不同的构象。

核苷酸构建模块

DNA 是脱氧核糖核苷酸的聚合物，每个脱氧核糖核苷酸由三种成分组成。含氮碱基，即嘌呤（腺嘌呤或鸟嘌呤）或嘧啶（胞嘧啶或胸腺嘧啶），连接到脱氧核糖的 1 质碳上。磷酸基团被酯化至 5-素碳。核苷酸通过一个核苷酸的 5 素磷酸和下一个核苷酸的 3 素羟基之间的磷酸二酯键连接，形成具有方向性的糖磷酸主链。

双螺旋

沃森和克里克于 1953 年描述的经典 B-DNA 结构是右手双螺旋，具有几个关键特征。两条多核苷酸链反向平行，其中一条为 5 引物至 3 引物，另一条为 3 引物至 5 引物。糖-磷酸主链位于外部，而碱基通过氢键在内部配对。腺嘌呤通过两个氢键与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤通过三个氢键与胞嘧啶配对，使得富含GC的序列更加稳定。螺旋直径约为2 nm，每个碱基对上升0.34 nm，每10.5个碱基对完成一圈。

另类 DNA 构象

B-DNA是生理条件下最常见的形式，但DNA可以采用其他构象。 A-DNA 是一种更短、更宽的右手螺旋，在脱水条件下形成，与 DNA-RNA 杂交相关。 Z-DNA 是具有锯齿形主链的左手螺旋，在交替的嘌呤-嘧啶序列（特别是 CG 重复序列）处形成。负超螺旋有利于 Z-DNA 的形成，并且可能在转录中具有调节作用。

DNA 超螺旋

细胞中的 DNA 必须被压缩以适合细胞核或细胞。圆形 DNA 分子，例如细菌染色体和质粒，在过度缠绕或缠绕不足时会变成超螺旋。负超螺旋（DNA 处于缠绕状态）是大多数细胞 DNA 的自然状态，有利于复制和转录所需的链分离。正超螺旋发生在复制叉之前，必须解除。

拓扑异构酶是管理 DNA 拓扑结构的酶。拓扑异构酶 I 会产生短暂的单链断裂以减轻扭转应力，从而将连接数改变 1。拓扑异构酶 II 产生双链断裂，并让另一个 DNA 片段通过，将连接数更改为 2。这些酶是依托泊苷和喜树碱等抗癌药物的靶标。

染色质结构

真核 DNA 通过与组蛋白结合被包装到染色质中。基本单位是核小体，由 147 个碱基对的 DNA 组成，包裹在核心组蛋白八聚体上，H2A、H2B、H3 和 H4 各有两个。连接组蛋白 H1 在核小体之间结合，促进高阶折叠。这种包装将 DNA 压缩约 10,000 倍，并调节遗传信息的获取。

DNA 变性和复性

DNA 的两条链可以通过加热或碱性条件破坏氢键来分离。 [[琼脂糖凝胶](/guides/agarose-gel-electrophoresis.html)电泳](/guides/agarose-gel- electrophoresis.html) 利用这些特性按大小分离 DNA 片段。解链温度取决于 GC 含量，富含 GC 的 DNA 需要更高的温度才能变性。 DNA 复性，也称为退火，是在冷却使互补链重新形成双螺旋时发生的。该过程是杂交技术的基础，包括 Southern blotting 和 DNA 微阵列。

遗传密码

遗传信息编码在 DNA 的碱基线性序列 中。三个连续的核苷酸形成一个密码子，指定二十个氨基酸之一。遗传密码是简并的，这意味着大多数氨基酸由多个密码子指定，其中前两个位置通常是最重要的。该密码几乎在所有已知的生物体中通用，有力地支持了共同的进化起源。