分子模型建造

分子模型建造是1953年以前化學家L.C.波林等用建造分子模型的方法解決了蛋白質的α－螺鏇結構問題，並試圖用同樣的方法解決DNA的結構。L.C.波林提出的DNA模型雖然與事實不符，但可作為J.D.沃森和F.H.C.克里克的借鑑。E.查加夫等人分析了許多不同來源DNA的鹼基組成，發現DNA中4種鹼基的克分子比總是A＝T、G＝C，這個實驗結果導致雙鏈互補概念的建立。英國人M.威爾金斯和R.富蘭克林等對DNA的X射線晶體衍射分析為DNA雙螺鏇結構提供了必要的數據。

特點

當DNA鈉鹽在92％相對濕度下,DNA呈B型雙螺鏇。

其結構有以下特點：①由兩條DNA鏈組成,其中糖和磷酸骨架繞著一個螺鏇軸形成右手螺鏇。雙螺鏇的直徑為20埃，螺鏇表面有兩條溝，一條大溝和一條小溝。這兩條溝對一些蛋白質識別鹼基順序起非常重要的作用；②鹼基對之間的氫鍵把兩條DNA鏈維繫在一起。鹼基平面與螺鏇軸垂直,鹼基對在螺鏇內部，糖和磷酸骨架則在外部;③兩條DNA鏈繞螺鏇軸鏇轉一周(360°)包括10個鹼基對，沿螺鏇軸方向的距離為34埃，相鄰鹼基對之間的距離為3.4埃,鏇轉角度為36°;④鹼基平面之間的疏水作用在穩定雙螺鏇結構方面起著重要的作用，它相當甚至大於鹼基對之間氫鍵的作用；⑤兩條脫氧核糖核酸鏈的化學結構方向相反，即一條鏈是:……磷酸-5'-脫氧核糖-3'-磷酸……,另一條鏈是：……磷酸-3'-脫氧核糖-5'-磷酸……(圖2);⑥雙螺鏇結構中鹼基對由於幾何形狀的限制,只能是A與T配對，G與C配對（圖3）。這兩種鹼基對的形狀和大小都近似相同。它們的糖苷鍵也有相同的位置和方向。如果嘌呤與嘌呤或嘧啶與嘧啶配對，這樣的鹼基對在雙螺鏇結構中就會大於或小於觀察到的螺鏇直徑（20埃）；⑦具有二次鏇轉對稱性。即一對鹼基鏇轉180°並不影響雙螺鏇的對稱性。因此，雙螺鏇結構只限定鹼基配對的方式，並不限定鹼基順序，鹼基對可以是A/T,G/C,也可以是T/A、C/G；⑧已知一條DNA鏈的鹼基順序和方向,可以推斷出另一條DNA鏈的鹼基順序和方向,也就是說兩條鏈的鹼基順序是互補的。

雙螺鏇結構

核苷酸之間3',5'-磷酸二酯鍵的幾何構型有利於鹼基之間疏水作用的形成，從而有利於穩定DNA雙螺鏇結構。一條DNA鏈與另一條核糖核酸(RNA)鏈之間通過鹼基對(A/U,G/C)的氫鍵也可以形成類似於DNA雙螺鏇結構的DNA-RNA雜交鏈。在轉錄過程中就出現這種DNA-RNA雜交鏈。

無論在原核細胞中，還是在真核細胞中,DNA都以雙螺鏇結構的形式存在。在一些噬菌體中，例如大腸桿菌噬菌體ΦX174和M13的DNA則是單鏈環狀結構。這些噬菌體進入寄主細菌以後立即複製成雙鏈環狀結構。
構型當DNA鈉鹽在75％相對濕度下，則呈現A型雙螺鏇。A型與B型的區別在於前者的鹼基平面不是垂直於螺鏇軸，而有20°的傾斜度，兩個相鄰鹼基對的距離為2.56埃，繞螺鏇軸的鏇轉角度為32.7°,每鏇轉一周包括11個鹼基對，螺距為28埃。

A型和B型是DNA雙螺鏇結構的兩個基本構型。當DNA鈉鹽的相對濕度更低或在一些人工合成的DNA鏈中,還會出現一些其他構型，其中多數與A型或B型相似。有些人工合成的DNA鏈，如dCpGpCpGpCpGp在一定條件下會形成左手雙螺鏇或稱Z型DNA。與B型DNA相比，Z型DNA細而長，鹼基對偏離軸心靠近雙螺鏇的外側，容易同外界因子相互作用。用Z型DNA抗體進行實驗,發現天然DNA中也存在Z型結構。

外界因素對DNA雙螺鏇的構型有明顯的影響,除濕度外,鹽的種類和濃度也會影響DNA的構型。一般認為,DNA在水溶液中以B型結構存在，但是,與纖維狀DNA的B型結構稍有區別。水溶液的狀態發生變化，如加熱或加入有機溶劑，對DNA的構型會產生很大的影響。

雙螺鏇結構模型也合理地解釋了DNA的變性(見脫氧核糖核酸)。熱、酸、鹼、尿素等都能破壞維繫雙螺鏇結構的氫鍵和疏水作用，從而使原有一定剛性的結構變為無規則線團狀，原來深埋在雙螺鏇內的發色基團——鹼基暴露出來,因此變性DNA表現出粘度降低、沉降速度增加和紫外線吸收值增高（增色效應）等性質。