原核细胞（无细胞核）的DNA存在于细胞质中，而真核生物的DNA存在于细胞核中，DNA片断并不像人们通常想像的那样，是单链的分子。严格的说，DNA是由两条单链像葡萄藤那样相互盘绕成双螺旋形，根据螺旋的不同分为A型DNA，B型DNA和Z型DNA，詹姆斯·沃森与佛朗西斯·克里克所发现的双螺旋，是称为B型的水结合型DNA，在细胞中最为常见。

简介

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简介

这种核酸高聚物是由核苷酸链接成的序列，每一个核苷酸都由一分子脱氧核糖，一分子磷酸以及一分子碱基组成。DNA有四种不同的核苷酸结构，它们是腺嘌呤（adenine，缩写为A），胸腺嘧啶（thymine，缩写为T），胞嘧啶（cytosine，缩写为C）和鸟嘌呤（guanine，缩写为G）。在双螺旋的DNA中，分子链是由互补的核苷酸配对组成的，两条链依靠氢键结合在一起。由于氢键键数的限制，DNA的碱基排列配对方式只能是A对T或C对G。因此，一条链的碱基序列就可以决定了另一条的碱基序列，因为每一条链的碱基对和另一条链的碱基对都必须是互补的。在DNA复制时也是采用这种互补配对的原则进行的：当DNA双螺旋被展开时，每一条链都用作一个模板，通过互补的原则补齐另外的一条链。

分子链的开头部分称为3'端而结尾部分称为5'端，这些数字表示脱氧核糖中的碳原子编号。

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DNA是一种由核苷酸重复排列组成的长链聚合物[20][21]，宽度约22到24埃（2.2到2.4纳米），每一个核苷酸单位则大约长3.3埃（0.33纳米）[22]。在整个DNA聚合物中，可能含有数百万个相连的核苷酸。例如人类细胞中最大的1号染色体中，就有2亿2千万个碱基对[23]。通常在生物体内，DNA并非单一分子，而是形成两条互相配对并紧密结合[8][24]，且如蔓藤般地缠绕成双螺旋结构的分子。每个核苷酸分子的其中一部分会相互连结，组成长链骨架；另一部分称为碱基，可使成对的两条DNA相互结合。所谓核苷酸，是指一个核苷加上一个或多个磷酸基团，核苷则是指一个碱基加上一个糖类分子[25]。

DNA骨架是由磷酸与糖类基团交互排列而成[26]。组成DNA的糖类分子为环状的2-脱氧核糖，属于五碳糖的一种。磷酸基团上的两个氧原子分别接在五碳糖的3号及5号碳原子上，形成磷酸双酯键。这种两侧不对称的共价键位置，使每一条DNA长链皆具方向性。双螺旋中的两股核苷酸互以相反方向排列，这种排列方式称为反平行。DNA链上互不对称的两末端一边叫做5'端，另一边则称3'端。DNA与RNA最主要的差异之一，在于组成糖分子的不同，DNA为2-脱氧核糖，RNA则为核糖[24]。

两股DNA长链上的碱基以氢键相互吸引，使双螺旋形态得以维持。这些碱基可分为两大类，以5角及6角杂环化合物组合而成的一类称为嘌呤；只有一个6角杂环的则称为嘧啶[25]。组成DNA的碱基，分别是腺嘌呤（缩写A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）与胸腺嘧啶（T）。碱基、糖类分子与磷酸三者结合之后，便成为完整的核苷酸。还有一种碱基称为尿嘧啶（U），此种碱基比胸腺嘧啶少了一个位于环上的甲基，一般出现在RNA分子中，角色相当于DNA里的胸腺嘧啶。通常在DNA中，它会作为胞嘧啶的分解产物，或是CpG岛中未经甲基化的胞嘧啶突变产物。少见的例外发现于一种称为PBS1的细菌病毒，此类病毒的DNA中含有尿嘧啶[27]。在某些特定RNA分子的合成过程中，会有许多尿嘧啶在酵素的作用下失去一个甲基，因而转变成胸腺嘧啶，这种情形大多出现于一些在构造上具有功能，或者具有酵素能力的RNA上，例如转运RNA与核糖体RNA[28]。