DNA结构与组织

DNA结构与组织描述了脱氧核糖核酸如何构建成由两条互补的、碱基配对的反平行链组成的反平行双螺旋结构，以及该分子的化学性质如何编码遗传信息。它是复制、转录和基因组包装所依赖的结构基础。

Definition

DNA是脱氧核糖核苷酸的聚合物，其中两条反平行链缠绕成双螺旋结构，通过互补碱基（腺嘌呤-胸腺嘧啶和鸟嘌呤-胞嘧啶）之间的氢键连接在一起，碱基序列编码遗传信息。

Scope

本条目涵盖了DNA的组成单元（核苷酸、糖磷酸骨架和四种碱基）、互补碱基配对规则、反平行双螺旋几何结构，以及一级序列如何与分子的生物学作用相关。它将结构视为分子生物学主题，不提供临床指导。

Key concepts

• 核苷酸（碱基、脱氧核糖、磷酸）
• 糖磷酸骨架
• 互补碱基配对（A-T，G-C）
• 反平行链和5'到3'极性
• 大沟和小沟
• B型DNA
• 查加夫碱基组成规则

Mechanisms

DNA的每条链都是由核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的链，磷酸二酯键连接一个糖的3'碳和下一个糖的5'磷酸，从而使每条链具有明确的5'到3'极性。两条极性相反的链通过互补碱基之间的氢键配对，并堆叠成右手双螺旋结构，碱基位于内部，糖磷酸骨架位于外部，形成大沟和小沟。沃森和克里克模型表明，腺嘌呤与胸腺嘧啶、鸟嘌呤与胞嘧啶的特异性配对使两条链互补，因此一条链的序列决定了另一条链，并且该结构固有地提示了分子如何被复制。X射线衍射工作，包括富兰克林和戈斯林的图像，为螺旋状、规则结构提供了实验基础。

Clinical relevance

DNA的结构规则是分子医学中如何读取、比较和分析遗传序列以及如何描述序列变化的基础。这是参考生物学，而不是个体临床决策的基础。

History

到20世纪50年代初，碱基组成规律（查加夫法则）和DNA纤维的X射线衍射数据已经积累。1953年，沃森和克里克提出了反平行双螺旋模型，并与富兰克林和戈斯林以及威尔金斯及其同事的衍射研究同时发表。该模型统一了DNA的化学和遗传学，并成为分子生物学的结构基础。

Key figures

• James Watson
• Francis Crick
• Rosalind Franklin
• Maurice Wilkins
• Erwin Chargaff

Seminal works

• watson-crick-1953
• franklin-gosling-1953

Frequently asked questions

为什么两条DNA链被称为反平行？

两条链方向相反：一条是5'到3'方向，而其配对链是3'到5'方向。这种相反的极性是互补碱基配对以及链如何复制所必需的。

是什么将两条链连接在一起？

互补碱基（腺嘌呤与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤与胞嘧啶配对）之间的氢键，通过碱基堆叠作用增强，将链固定在双螺旋结构中，同时仍允许它们分离以进行复制。