DNA是一种存储遗传信息的双螺旋。其结构和拓扑学对其在复制、转录和修复中的功能至关重要，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，每个核苷酸由三个组分组成。含氮碱基（嘌呤：腺嘌呤或鸟嘌呤；或嘧啶：胞嘧啶或胸腺嘧啶）连接在脱氧核糖的1’碳上。磷酸基团酯化在5’碳上。核苷酸通过一个核苷酸的5’磷酸与下一个核苷酸的3’羟基之间的磷酸二酯键连接，形成具有方向性的糖-磷酸骨架。

双螺旋

经典的B-DNA结构由沃森和克里克于1953年描述，是一种右手双螺旋，具有几个关键特征。两条多核苷酸链反向平行，一条走向为5’到3’，另一条为3’到5’。糖-磷酸骨架位于外部，而碱基在内部通过氢键配对。腺嘌呤与胸腺嘧啶通过两个氢键配对，鸟嘌呤与胞嘧啶通过三个氢键配对，使富含GC的序列更稳定。螺旋直径约2 nm，每个碱基对上升0.34 nm，每10.5个碱基对完成一圈。

替代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杂交体相关。Z-DNA是一种具有锯齿形骨架的左手螺旋，在交替的嘌呤-嘧啶序列（特别是CG重复序列）中形成。Z-DNA的形成受负超螺旋促进，可能在转录中具有调节作用。

DNA超螺旋

细胞中的DNA必须被压缩以容纳在细胞核或细胞中。环状DNA分子（如细菌染色体和质粒）在过度缠绕或欠缠绕时变得超螺旋。负超螺旋（DNA欠缠绕）是大多数细胞DNA的自然状态，促进复制和转录所需的链分离。正超螺旋发生在复制叉前方，必须被消除。

拓扑异构酶是管理DNA拓扑学的酶。拓扑异构酶I产生瞬时单链断裂以缓解扭转应力，将连接数改变一。拓扑异构酶II产生双链断裂并将另一DNA片段穿过，将连接数改变二。这些酶是抗癌药物如依托泊苷和喜树碱的靶点。

染色质结构

真核DNA通过与组蛋白结合包装成染色质。基本单位是核小体，由147个碱基对的DNA缠绕在核心组蛋白八聚体（H2A、H2B、H3和H4各两个）周围组成。连接组蛋白H1结合在核小体之间，促进高阶折叠。这种包装将DNA压缩约10,000倍，并调节对遗传信息的访问。

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）分离。琼脂糖凝胶电泳利用这些性质按大小分离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）发生在冷却使互补链重新形成双螺旋时。该过程是杂交技术（包括Southern印迹和DNA微阵列）的基础。

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，指定二十种氨基酸之一。遗传密码是简并的，意味着大多数氨基酸由多个密码子指定，前两个位置通常最重要。该密码在所有已知生物中几乎是通用的，强烈支持共同进化起源。