脱氧核糖核酸的一级结构

DNA的一级结构就是指DNA分子中核苷酸的排列顺序。DNA的基本组成单位是四种主要的脱氧核糖核苷酸，在DNA分子中这四种核苷酸按什么排列顺序彼此相连是重要的研究课题。DNA分子越大，所含的核苷酸数目越多，可能排列的顺序当然也越多。每一种DNA有它一定的、独特的排列顺序。它反映出生物遗传信息的特性。也就是说DNA分子的特异性就表现在它的特有的核苷酸的排列顺序上，因此，研究DNA的一级结构是十分重要的。
DNA分子中各核苷酸的排列顺序虽然复杂，但一核苷酸与另一核苷酸之间相连接的方式却相同，都是通过磷酸二酯键彼此连接在一起的。DNA分子中的脱氧核糖核苷酸，其脱氧核糖环状分子中α′位是无羟基的，只有3′位与5′位的羟基能与磷酸相连成为磷酸酯。DNA分子中的各核苷酸之间就是以这种3′一磷酸二酯-5′链相连。既然DNA分子中都是3′,5′-磷酸二酯键相连，要想反映DNA分子中的核苷酸排列顺序还可以采用更简化的方式来书写，现在最简单的书写方式是只写出核苷酸的碱基名称如A,T,G,C等，不再写结构，以左端写“p”表示为5′-磷酸基，右端则为3′末端，整个多核苷酸链从左到右即为5′末端→3′末端。
pAGTTACCGTCGGCATCAGTAAGAGCTTGC
生物体中的DNA，常以双核苷酸链形式存在，这两条链走向相反，故应注意简写中上链从5′-3′，下链则为3′-5′。如：
pAGTTACCG TCGGCATCAGTAAGAGCTTGC
TCAATGGCAGCCGTAGTCATTCTGGAACGp
研究DNA的核苷酸排列顺序是个复杂的问题。天然DNA的分子都很大，所含的核苷酸也很多，比较简单的一类生物，如：噬菌体，它所含的DNA比较小，有的分子量只有10³左右，如φX-174是个大肠杆菌的噬菌体，它只含有一个单链的DNA，其分子中总的核苷酸数为5386个。但研究这样一个比较简单的DNA结构也是相当困难的。五千多个核苷酸的排列顺序分析是由60年代中开始，直到1977年才完成，而且主要还是在1975年以后，研究DNA的核苷酸顺序方法上有了很大改进和突破，才加速了研究的进程。如果将其顺序排印出来可占一页多的篇幅，可以想象如将一个上百万核苷酸的DNA全部核苷酸排列顺序排出，将能编成一本书。从φX-174的整个核苷酸顺序上，人们可以找出有9个以上的蛋白质结构基因，另外还有一些具有功能的基因。φX-174虽然是个很小的生物，而且还不能独立繁殖生存 （没有细胞结构），但它已具有一般生物的遗传生长繁殖等的特性。当它的DNA的一级结构被了解后，不仅使DNA的结构和功能的关系的研究上获得很大进展，并且反映了一个生物的各种功能总是决定于其结构的特点。现在已知，生物体的突变现象的发生是与DNA的一级结构改变有关的，即在DNA一级结构排列顺序中一个核苷酸的改变就可造成生物体某些性状的变化。这也说明DNA一级结构研究的重要性。至于测定双链DNA的一级结构，则只要把其中一条链的一级结构搞清后，按照其两链间核苷酸的互补关系，不难推出另一条链的核苷酸排列顺序。
研究DNA一级结构的方法，从常用分开核苷酸的方法来说，一为酶解法，即应用特异的酶在DNA的某些酶识别的部位切开，将大分子变为若干小分子来研究排列顺序；二为化学降解法，即利用某些化学物质特异地切开某种核苷酸相连的磷酸酯键，把大分子DNA分成小的片段来分析。至于把分开小片段再作顺序分析，目前常用的有英国Sanger实验室创立的加减法（现已改用末端终止法），和美国Maxam和Gilbert实验室常用的化学法等等。当然对DNA一级结构的研究方法今后还会有改进。