DNA分子的空间结构：双螺旋模型
DNA分子的空间结构，通常被称为双螺旋结构，是20世纪最伟大的科学发现之一。1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克基于罗莎琳德·富兰克林的X射线衍射数据，提出了这一划时代的模型。该结构揭示了遗传信息稳定存储和精确复制的物理基础。DNA双螺旋由两条反向平行的多核苷酸链，围绕一个共同的轴心向右盘旋而成，形似一个扭曲的梯子。梯子的“外侧骨架”由交替的脱氧核糖和磷酸基团通过磷酸二酯键连接构成，而“内侧阶梯”则由碱基对通过氢键连接组成。
结构的核心特征与稳定性
DNA双螺旋结构的稳定性主要依赖于三个关键因素。首先，碱基互补配对原则是核心：腺嘌呤（A）总是与胸腺嘧啶（T）通过两个氢键配对，鸟嘌呤（G）总是与胞嘧啶（C）通过三个氢键配对。这种特异性配对保证了遗传信息复制的准确性。其次，碱基对层层堆叠在螺旋内部，产生了强大的疏水相互作用和范德华力，这是稳定螺旋结构的主要力量。最后，骨架上的磷酸基团带负电，使得DNA分子整体呈酸性，并在细胞中通常与带正电的蛋白质（如组蛋白）结合，以中和电荷并进一步形成更高级的染色质结构。
结构的多样性与生物学意义
值得注意的是，DNA的双螺旋结构并非一成不变。最常见的B型DNA是在正常生理条件下存在的右手螺旋，其螺旋直径约为2纳米，每圈包含约10.5个碱基对。此外，还存在A型、Z型（左手螺旋）等构象，它们在特定序列或环境条件下出现，并可能参与基因表达的调控。DNA的这种精巧空间结构，使其能够高效地完成遗传信息的存储、复制（通过链的分离与互补配对）以及转录（为蛋白质合成提供模板）。因此，理解DNA的空间结构，是理解生命奥秘的基石。