DNA 双螺旋结构是沃森和克里克提出的经典空间构型，核心是两条反向平行的脱氧核苷酸长链围绕同一个中心轴盘旋形成右手双螺旋，脱氧核糖与磷酸构成外侧骨架，碱基排布在内侧，依靠碱基互补配对维持双链稳定，这套结构可以同时满足遗传信息储存复制传递的需求。确立这个结构的根本原因，是前期 X 射线衍射数据查戈夫碱基当量规律等实验证据，证明 DNA 不是单链无序分子，而是规则的螺旋形态，碱基数量存在固定配对关系，只有双螺旋模型才能合理解释 DNA 如何稳定保存遗传信息，并且在细胞分裂时拆开双链完成复制。搭建模型的推导过程，是先确认基本组成单位脱氧核苷酸，再确定核苷酸之间通过磷酸二酯键连接成长链，接着发现两条链方向相反，碱基朝内并且 A 配对 T G 配对 C，氢键连接配对碱基，最终确定螺旋的直径螺距每圈碱基数量等参数，最终形成这套被广泛认可的 DNA 双螺旋结构，成为分子生物学的基础模型。
核心结构分项说明
| 项目 | 详细内容 |
|---|---|
| 链的走向 | 两条多脱氧核苷酸链反向平行，一条链方向是 5 端到 3 端，另一条是 3 端到 5 端，两条链共同绕中心轴旋转，天然 B 型 DNA 为右手螺旋 |
| 骨架组成 | 外侧骨架由脱氧核糖和磷酸基团交替连接构成，骨架暴露在螺旋外侧，碱基位于螺旋内部 |
| 碱基配对 | 碱基互补配对，腺嘌呤 A 和胸腺嘧啶 T 之间形成 2 个氢键，鸟嘌呤 G 和胞嘧啶 C 之间形成 3 个氢键，G C 配对稳定性高于 A T 配对 |
| 螺旋参数 | B 型 DNA 直径约 2 纳米，螺距约 3.4 纳米，每一圈螺旋包含 10 个碱基对，相邻碱基对间距约 0.34 纳米 |
| 维持稳定作用力 | 主要有两类作用力，一类是碱基之间的氢键，另一类是碱基堆积力，碱基堆叠产生的疏水作用力是稳定双螺旋更主要的力量 |
| 大沟与小沟 | 螺旋表面存在两条凹槽，宽的叫大沟，窄的叫小沟，蛋白质识别结合 DNA 主要依靠大沟，这里可以暴露更多碱基信息 |
深层补充要点
天然状态下最常见的是 B 型 DNA 双螺旋，除此之外还存在 A 型左手 Z 型 DNA 等其他构象，不同构象会随溶液离子强度湿度结合蛋白等环境条件发生转变。双螺旋结构具备动态特性，不是永久锁死的刚性结构，在复制转录的时候，解旋酶可以打断氢键，把双链局部解开变成单链，完成信息读取之后还可以重新恢复双螺旋。碱基互补配对这个设计，直接为半保留复制提供结构基础，解开之后每条母链都可以作为模板合成对应的互补新链，保证遗传信息精准传递。需要注意，磷酸骨架带有负电荷，细胞内需要阳离子中和电荷，否则两条链因为静电排斥很难维持稳定螺旋。
【常见问题】
问题 1 DNA 双螺旋结构的基本内容里为什么两条链是反向平行
回答 1 DNA 双螺旋结构的基本内容里，两条多核苷酸链反向平行，是因为核苷酸磷酸二酯键连接方向固定，两条链延伸方向相反，这是 DNA 双螺旋结构的基本内容非常关键的特征。
问题 2 DNA 双螺旋结构的基本内容中维持螺旋稳定最主要作用力是什么
回答 1 DNA 双螺旋结构的基本内容里，氢键只是局部连接，真正维持 DNA 双螺旋结构的基本内容稳定性最主要的是碱基堆积力，也就是碱基之间的疏水堆叠作用。
问题 3 DNA 双螺旋结构的基本内容中大沟有什么作用
回答 3 DNA 双螺旋结构的基本内容里大沟可以暴露碱基的识别信息，很多调控蛋白就是通过大沟识别特定 DNA 序列，这是 DNA 双螺旋结构的基本内容重要功能相关特点。
问题 4 DNA 双螺旋结构的基本内容里 A T 和 G C 配对稳定性有差别吗
回答 4 DNA 双螺旋结构的基本内容里 G 和 C 之间是三个氢键，A 和 T 是两个氢键，所以 G C 含量越高，DNA 双螺旋结构的基本内容对应的分子热稳定性就越强。
【免责申明】
本文为高中及大学分子生物学基础知识科普，仅用于学习备考参考，不替代权威教材与学术文献，不同教材表述细节存在差异，请以指定教材为准。