DNA（脱氧核糖核酸）双螺旋结构模型的概述

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DNA(Deoxyribonucleic acid)即脱氧核糖核酸，是组成基因的材料，也是染色体 的主要组成成分之一。发现DNA结构是科学史划时代的成就，但发现它的方法是模型建构法，模型建构法正如小朋友拼图游戏一样的“拼凑”法。通过氢键形成的碱基对和基对之间的相互作用力保证了DNA分子的双螺旋结构是相对稳定的。

DNA结构 — 概述

DNA由两个链状分子(多聚核苷酸 )围绕彼此旋转，形成了典型的双螺旋结构。细胞通过把四种核苷酸连接在一起形成多聚核苷酸链。用来构建DNA链的核苷酸有腺嘌呤(A)，鸟嘌呤(G)的胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。DNA储存用来制造细胞使用的多肽的信息。DNA链上核苷酸的顺序(称为基因)说明了多肽链上的氨基酸的序列。

显然DNA的四种核苷酸 和用于合成多肽的二十种氨基酸不能存在一对一的关系。因此，细胞用三组核苷酸(称为‘密码子')来指定20种不同的氨基酸。每一个密码子指定一个氨基酸。

由于某些密码子是多余的，一个特定的多肽链的氨基酸序列可以由几个不同的核苷酸 序列来确定。事实上，研究已证实，细胞并不随意使用多余的密码子来指定多肽链中的某一特定的氨基酸。相反，似乎在基因密码子的使用背后有一个微妙的原因。

DNA的结构 — 精细调整和优化

高度重复的核苷酸序列缺乏稳定性而且易于发生变异。然而，加利福尼亚大学一项生物基因组不同的基因密码子的研究表明，基因中的密码子事实上是设计好的，目的是为了避免导致不稳定序列的重复!进一步的研究显示，基因密码子的使用也是为了使核糖体合成的蛋白质的准确性最大化。

此外，基于功能的强化，核苷酸的组成成分似乎也经过精心挑选。构成DNA链的核苷酸有复杂的分子，它由一个磷酸基团和加入五碳糖(脱氧核糖)的一个碱基(腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶和胸腺嘧啶)组成的复杂分子。在核糖核酸中，五碳糖核糖取代了脱氧核糖。

一个核苷酸的磷酸基团与另一个单位的脱氧核糖相连形成DNA链的主链。当两条链排列缠绕形成经典的双螺旋结构时，碱基是中间的‘梯子横档'。

科学家们早就知道，大量的糖和许多其他碱基可以成为细胞的信息存储介质(DNA)的一部分。 但为什么DNA和RNA的核苷酸亚基由特定的成分组成?磷酸盐可形成同时具有两个糖的键(称为磷酸二酯键)，连接两个核苷酸，同时保留一个负电荷。这使得这个化学组合完全适合形成稳定的DNA分子的主链。其他化合物可以在两个糖中间形成键，但不能保留一个负电荷。磷酸基团的负电荷赋予DNA主链稳定性，从而保护它不受水分子反应的裂解。此外，磷酸二酯键的性质也是经过精心调整的。例如，连接RNA核糖的磷酸二酯装置可能需要一个相邻核糖分子 2’ OH 或 3’ OH羟基的核糖分子的 5’ OH羟基。核糖核酸完全利用了5'到3'端的连结。事实证明，5'到3'端的连结比5'到2'赋予RNA分子更大的稳定性。

为什么脱氧核糖和核糖分别是DNA和RNA主链的组成成分?两者都是形成五元环的五碳糖。使用多种不同的含有四个，五个，六个碳的，能形成五和六元环的糖来制造DNA类似物是有可能的。但是这些DNA变种与DNA和RNA相比，具有不良性质。例如，一些DNA类似物不形成双螺旋。那些形成双螺旋的，核苷酸链缠绕得不是太紧，就是太松，或者显示出结合中不适当的选择性。此外，从形成六元环的糖生成的DNA类似物，形成六元环继承了太多的结构构造。在这种情况下，它使得细胞正确执行DNA复制和转录变得异常困难。其他研究表明，只有脱氧核糖在DNA双螺旋主链区域提供必要的空间来容纳大型核酸碱基。没有其他的糖满足这一要求。

DNA结构 — 结论

DNA的分子成分似乎已经优化了化学性质，从而产生稳定的螺旋状结构来存储细胞活动所需的信息。目前还没有详细的解释来说明这样一个为细胞存储最重要信息的途径的优化结构是如何自然产生的。认为如此意义深远的优化的形成纯属偶然是很多人不愿意接受的信仰的一个大的飞跃。

模型建构法“拼凑”中表现最出色的是沃森和克里克，1952年4月15日，沃森和克里克关于该DNA分子双螺旋结构模型的第一篇论文在《自然》(Nature)杂志上发表。