脫氧核糖核酸簡稱DNA（deoxyribonucleic acid），是由成千上萬個脫氧核糖核苷酸縮合而成的大分子。它的一級結構是它的構件組成及排列順序，即堿基序列。

在DNA分子中，相鄰核苷酸以3’,5’-磷酸二酯鍵連接構成長鍊，前一個核苷酸的3’-羟基與後一個核苷酸的5’-磷酸結合。鍊中磷酸與糖交替排列構成脫氧核糖磷酸骨架，鍊的一端有自由的5’-磷酸基，稱為5’端；另一端有自由3’-羟基，稱為3’端。RNA的一級結構也是如此，隻是戊糖換成了核糖。

核酸的一級結構

書寫DNA時，按從5’向3’方向從左向右進行，并在鍊端注明5’和3’，如5’pApGpCpTOH3’。也可省略中間的磷酸，寫成pAGCT。這是文字式縮寫。還有一種不太常用的線條式縮寫，用豎線表示戊糖，1'在上，5'在下。

在DNA中，磷酸核糖骨架并無區别，所以遺傳信息是由堿基的特定序列攜帶着。各種基因組測序也是測定堿基序列。

測序原理

DNA的二級結構指的是DNA的螺旋構象。DNA主要以B-型雙螺旋結構存在，即1953年Watson和Crick提出的雙螺旋模型。

雙螺旋模型

DNA雙螺旋是由兩條反向、平行、互補的DNA鍊構成的右手雙螺旋。兩條鍊的脫氧核糖磷酸骨架反向、平行地按右手螺旋走向，繞一個共同的軸盤旋在雙螺旋的外側，兩條鍊的堿基一一對應互補配對（互為互補鍊），集中地平行排列在雙螺旋的中央，堿基平面與軸垂直。

雙螺旋外徑2nm，螺距3.4nm，每10對堿基上升一圈。因此每對堿基距離0.34nm，夾角36度。其實這是DNA的平均特征，實際上由于堿基序列的影響，在局部會有所差異。如兩個核苷酸之間的夾角可以從28度到42度不等，互補配對的堿基之間也有一定夾角，稱為螺旋槳狀扭曲。如果精确計算，螺旋的一圈實際含有10.4個堿基對。

堿基互補配對

有兩種作用力穩定雙螺旋的結構。在水平方向是配對堿基之間的氫鍵，A=T對形成兩個氫鍵，GC對形成三個氫鍵。這些氫鍵是克服兩條鍊間磷酸基團的斥力，使兩條鍊互相結合的主要作用力。在垂直方向，是堿基對平面間的堆積力。堆積力是疏水力與範德華力的共同體現。氫鍵與堆積力兩者本身都是一種協同性相互作用，兩者之間也有協同作用。

脫氧核糖磷酸骨架并未将堿基對完全包圍起來，在雙螺旋表面有兩個與雙螺旋走向一緻的溝，一個較深較寬，稱大溝；一個較窄較淺，稱小溝。大溝一側暴露出嘌呤的C6、N7和嘧啶的C4、C5及其取代基團；小溝一側暴露出嘌呤的C2和嘧啶的C2及其取代基團。因此從兩個溝可以辨認堿基對的結構特征，各種酶和蛋白因子可以識别DNA的特征序列。

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