单链与双链脱氧核糖核酸、链状与环状脱氧核糖核酸

从化学组成分析的结果看，一切生物体中的DNA都只含有四种主要的核碱——腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。虽有一些少量其他核碱存在，但含量不多，如5-甲基胞嘧啶，5-羟甲基胞嘧啶等。而DNA的二级结构从1953年以来也已证明为双螺旋结构。天然的DNA是否都完全一致，都以双螺旋形式存在，有无其他形式，这些是人们所希望了解的。1960年以来，DNA的提取及二级结构的研究在方法学上有所改进后，才发现天然的DNA分子并不都是简单的双股螺旋，也有单链DNA存在。有些分离后的完整的DNA分子并不都是链状，有不少DNA是呈环状存在。
典型的单链DNA, 如天然存在的X-174噬菌体DNA，呈小球状，以大肠杆菌为宿主。 整个X-174噬菌体中只含有一些简单蛋白质和DNA，不含任何RNA。当它侵染大肠杆菌细胞时，其外壳蛋白并不进入细胞，只有DNA被释放进入。这部分DNA开始还是单链的，经过DNA复制过程才形成两链相互补的双股螺旋形式，以后在细菌中繁殖又形成许多新的X-174噬菌体。 新生成的噬菌体DNA都是单链的，说明这种噬菌体DNA实际上是单链的。单链DNA的生物活性比双链的要大得多。这可以证明单链DNA在天然界确实存在。其实X-174噬菌体DNA不仅是单链的，还是闭环状的。 噬菌体所含DNA分子一般也比较小，分子量为10⁶～10⁷。天然存在的DNA形状和大小互不相同，有单链的如M₁₃噬菌体DNA，双链的如λ噬菌体DNA。至于更大的DNA，如大肠杆菌染色体DNA，分子量为1.7×108，约有4.5×106个核苷酸对，也呈双链环形状态。而哺乳动物的染色体DNA则呈双链线状。看来天然界DNA分子以不同形式存在，和其整个分子的大小、长度没有什么相应的关系。
无论链状或环状DNA都可以进行复制和转录。单链DNA，其遗传单位很明显都在一条链上。 如X-174噬菌体DNA原链称为正链，经过复制出来的另一链称为负链。mRNA实际上是由负链转录而来。至于双链DNA，不论是线状还是环状，都与单链的不同。它的遗传单位可以分布在两条链的不同部位 (通常认为总是一条链有转录作用，互补链则无功能)。因此天然DNA分子虽然都是遗传基因的携带者，但结构上有许多不同，其复制与转录的方式也各有不同。