องค์ประกอบและโครงสร้างของ DNA
การศึกษาโครงสร้างทางเคมีของดีเอ็นเออาศัยข้อมูลที่ได้จากแต่ละวิธีศึกษาประกอบกัน ทำให้มองเห็นโครงสร้างและองค์ประกอบของดีเอ็นเอดีขึ้น หลักฐานเหล่านี้ได้แก่

1. ภาพถ่ายของดีเอ็นเอ จากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ทำให้ทราบว่าโมเลกุลของดีเอ็นเอเป็นสายยาว แต่ไม่สามารถมองเห็นองค์ประกอบทางเคมี
2. การวิเคราะห์ดีเอ็นเอทางเคมี มีการศึกษาที่น่าสนใจดังนี้

• A. Kossel และ A.T. Levene ศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของกรดนิวคลีอิก พบว่า กรดนิวคลีอิกจากเซลล์สัตว์มีธาตุไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบหลัก และมีสมบัติเป็นเบส จึงเรียกว่า นิวคลีโอไทด์เบส (Nucleotide base) หรือ ไนโตรจีนัสเบส (Nitrogenous base) ซึ่งมีโครงสร้างทางเคมีแตกต่างกัซึ่งมีโครงสร้างทางเคมีแตกต่างกัน แบ่งเป็น 2 ประเภทคือ
  • พิวรีน (Purine) เป็นเบสที่มีโครงสร้างหลักประกอบด้วยวงแหวน 2 วง แบ่งเป็น 2 ชนิดคือ อะดีนีน (Adenine) และกวานีน (Guanine)
  • ไพริมิดีน (Pyrimidine) เป็นเบสที่มีโครงสร้างหลักประกอบด้วยวงแหวน 1 วง แบ่งเป็น 2 ชนิดคือ ไทมีน (Thymine) และไซโทซีน (Cytosine)

ต่อมาพบว่ากรดนิวคลีอิกประกอบด้วยน้ำตาลที่มีคาร์บอน 5 อะตอม เรียกว่า น้ำตาลเพนโทส (Pentose sugar) แบ่งเป็น 2 ชนิดคือ น้ำตาลไรโบส (Ribose) เป็นองค์ประกอบของกรดไรโบนิวคลีอิก (Ribonucleic acid : RNA) และน้ำตาลดีออกซีไรโบส (Deoxyribose) เป็นองค์ประกอบของกรดดีออกซีไรบนิวคลีอิก (Deoxyribonucleic acid : DNA) นอกจากนี้ยังพบว่า RNA ต่างจาก DNA ในส่วนของเบสไพริมิดีน โดย RNA จะมีเบสยูราซิล (Uracil) แทนที่เบสไทมีน นอกจากเบสและน้ำตาลเพนโทส ยังมีหมู่ฟอสเฟต เขาจึงเสนอแนวคิดว่า กรดนิวคลีอิกแต่ละโมเลกุลประกอบด้วยหน่วยย่อย (Monomer) เรียกว่า
นิวคลีโอไทด์ (Nucleotide) แต่ละนิวคลีโอไทด์เชื่อมต่อกันเป็นสายยาว โดยมีการสร้างพันธะระหว่างหมู่ฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์หนึ่งกับน้ำตาลของนิวคลีโอไทด์อีกหน่วยหนึ่งที่คาร์บอนตำแหน่ง 3’ เกิดเป็นพอลิเมอร์สายยาวเรียกว่า พอลีนิวคลีโอไทด์ (Polynucleotide)

• Erwin Chargaff วิเคราะห์ปริมาณของนิวคลีโอไทด์ 4 ชนิดในดีเอ็นเอ ทำให้ได้ข้อมูลว่า ดีเอ็นเอในสิ่งมีชีวิตต่างๆ จะมีปริมาณของเบส A = T และ C = G เสมอ เรียกว่า กฎของชาร์กาฟฟ์ (Chargaff’s rules)
• นักเคมีกลุ่มหนึ่งในประเทศอังกฤษ พบว่า นิวคลีโอไทด์แต่ละหน่วยสามารถเชื่อมต่อกันให้เป็นสายพอลีนิวคลีโอไทด์ได้ และสายพอลีนิวคลีโอไทด์แต่ละสายจะแตกต่างกันที่จำนวนนิวคลีโอไทด์ และการจัดเรียงลำดับเบส

1. ภาพที่เกิดจากการหักเหของรังสีเอกซ์ผ่าน DNA ในระหว่างปี พ.ศ. 2493 – 2495 M.H.F. Wilkins และ Rosalind Franklin นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ศึกษาผลึก DNA บริสุทธิ์ด้วยเทคนิคการหักเหของรัวสีเอกซ์ หรือ X – ray diffraction พบว่า โครงสร้างของดีเอ็นเอมีลักษณะเป็นเกลียว (Helix) และประกอบด้วยสายพอลีนิวคลีโอไทด์เกินกว่า 1 สายขึ้นไป และเกลียวแต่ละรอบจะมีระยะทางเท่ากัน
2. การเสนอโครงสร้างของดีเอ็นเอ โดย James D. Watson และ Francis Crick มีลักษณะสำคัญโดยสรุปดังนี้

• ประกอบด้วยสายพอลีนิวคลีโอไทด์ 2 สาย เรียงสลับทิศทางกัน คือ ปลายข้าง 3’ ของสายหนึ่งจะประกบกับปลายข้าง 5’ ของอีกสายหนึ่ง
• สายพอลีนิวคลีโอไทด์จะบิดเป็นเกลียวคู่ (Double helix) เวียนขวาหรือหมุนตามเข็มนาฬิกา ดูคล้ายบันไดเวียน มีน้ำตาลดีออกซีไรโบสและหมู่ฟอสเฟตเป็นราวบันได และคู่เบสแต่ละคู่เปรียบเสมือนขั้นบันได
• เกลียวแต่ละรอบจะมีจำนวนคู่เบสเท่ากัน ดังนั้นระยะของเกลียวแต่ละรอบจึงเท่ากัน
• เบส G กับเบส C เกาะกันด้วยพันธะไฮโดรเจน 3 แห่ง ส่วนเบส A กับเบส T เกาะกันด้วยพันธะไฮโดรเจน 2 แห่ง
• ดีเอ็นเอประกอบด้วยพอลีนิวคลีโอไทด์สายคู่ ซึ่งมีความยาวหลายหมื่นคู่เบส การจัดเรียงลำดับเบสที่แตกต่างกันจะทำให้โมเลกุลของดีเอ็นเอมีลักษณะแตกต่างกันมากมาย