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核酸知识分享
Release Time：2020-07-11核酸属于天然存在的化合物，可以分解产生磷酸，糖和有机碱（嘌呤和嘧啶）的混合物。 核酸是细胞的主要信息携带分子，通过指导蛋白质合成过程，核酸决定了每种生物的遗传特征。 核酸的两个主要类别是脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。 DNA是生命的主要蓝图，是所有自由生物和大多数病毒的遗传物质。 RNA是某些病毒的遗传物质，但也存在于所有活细胞中，RNA在某些过程中（例如蛋白质的制备）起着重要作用。
本文介绍了核酸的化学性质，描述了允许其充当遗传信息传递者的结构和特性：
一、核苷酸：核酸的组成部分：
1.核苷酸的基本结构
※ 核酸是多核苷酸，即由一系列几乎相同的称为核苷酸的结构单元组成的长链分子。每个核苷酸由连接到戊糖（五碳）糖上的含氮芳香族碱基组成，该糖又连接到磷酸基团上。每个核酸包含五个可能的含氮碱基中的四个：腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），胞嘧啶（C），胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）。 A和G归类为嘌呤，C，T和U统称为嘧啶。所有核酸均包含碱基A，C和G；但是，T仅存在于DNA中，而U存在于RNA中。 DNA中的戊糖（2'-脱氧核糖）与RNA中的戊糖（核糖）的不同之处在于，糖环2'碳原子上没有羟基（-OH）。没有附着的磷酸基团，附着在碱基之一上的糖被称为核苷。磷酸基团通过将一个糖上的5'-羟基桥接到链中下一个糖的3'-羟基来连接连续的糖残基。这些核苷键称为磷酸二酯键，在RNA和DNA中相同。
2.生物合成与降解
※ 从细胞中容易获得的前体合成核苷酸。嘌呤和嘧啶核苷酸的核糖磷酸部分均通过磷酸戊糖途径由葡萄糖合成。首先合成六原子的嘧啶环，然后将其连接到核糖磷酸上。在腺嘌呤或鸟嘌呤核苷的组装过程中，嘌呤中的两个环是在与核糖磷酸相连的同时合成的。在这两种情况下，最终产物都是带有磷酸酯的核苷酸，该磷酸酯附着在糖的5'碳上。最后，一种称为激酶的特殊酶使用三磷酸腺苷（ATP）作为磷酸供体将两个磷酸基团加在一起，形成核糖核苷三磷酸（RNA的直接前体）。对于DNA，从核糖核苷二磷酸中除去2'-羟基，得到脱氧核糖核苷二磷酸。然后由另一种激酶添加来自ATP的另一个磷酸基团，以形成脱氧核糖核苷三磷酸（DNA的直接前体）。
在正常的细胞代谢过程中，RNA不断产生并分解。 嘌呤和嘧啶残基可通过几种挽救途径再利用，以制造更多的遗传物质。 嘌呤以相应核苷酸的形式被挽救，而嘧啶作为核苷被挽救。
DNA是四个核苷酸A，C，G和T的聚合物，它们通过交替的磷酸酯和脱氧核糖残基相连。 这些含氮碱基以互补对的形式存在，这取决于它们之间形成氢键的能力。 A总是通过两个氢键与T配对，G总是通过三个氢键与C配对。 A：T和G：C氢键对的跨度几乎相同，从而使它们能够均匀地桥接糖-磷酸链。 这种结构以及分子的化学稳定性使DNA成为理想的遗传物质。 互补碱基之间的键合还提供了DNA复制和遗传信息传递的机制。
二、核酸化学结构：
1953年，James D. Watson和Francis H.C. Crick根据低分辨率X射线晶体学数据和Erwin Chargaff的观察结果提出了DNA的三维结构，该观察结果表明，在天然存在的DNA中，T的量等于A的量，G的量等于C的量。 沃森（Watson）和克里克（Crick）因他们的努力而在1962年获得了诺贝尔奖，他们假设多核苷酸的两条链相互缠绕，形成一个双螺旋。 两条链尽管相同，但在相反的方向上延伸，这取决于5'至3'磷酸二酯键的方向。 糖-磷酸酯链沿螺旋的外部延伸，碱基位于内部，在此处通过氢键与另一条链上的互补碱基相连。
※ 正常DNA的双螺旋结构采用右旋形式，称为B螺旋。螺旋大约每10个碱基对旋转一整圈。 B-DNA有两个主要凹槽，一个宽的主要凹槽和一个狭窄的次要凹槽。许多蛋白质在主沟的空间中相互作用，在那里它们与碱基进行序列特异性接触。另外，已知一些蛋白质通过小沟形成接触。
※ DNA的几种结构变体是已知的。在高盐浓度和最少水的条件下形成的A-DNA中，碱基对倾斜并朝着小沟移动。左撇子Z-DNA最容易在含有交替嘌呤和嘧啶序列的链中形成。当两条含有嘧啶的链与一条含有嘌呤的第三链相互作用时，DNA可以形成三重螺旋。
※ 通常将B-DNA描述为平滑螺旋；但是，特定的碱基序列可能会使原本规则的结构变形。例如，短片段的A残基散布着通用序列的短片段会导致弯曲的DNA分子。另一方面，反向碱基序列产生具有与重组中间体相似的四向连接的十字形结构。这些替代性DNA结构大多数都只是在实验室中鉴定出来的，其细胞意义尚不清楚。
三、生物学结构：
※ 天然存在的DNA分子可以是圆形或线性的。单细胞细菌和古细菌（原核生物）的基因组，以及线粒体和叶绿体的基因组（细胞内的某些功能结构），都是环状分子。此外，某些细菌和古细菌具有较小的环状DNA分子，称为质粒，通常仅包含少数几个基因。许多质粒很容易从一个细胞传递到另一个细胞。对于典型的细菌而言，编码生物体所有基因的基因组是单个连续的环状分子，其中包含50万至500万个碱基对。大多数真核生物和一些原核生物的基因组都包含称为染色体的线性DNA分子。例如，人类DNA由23对线性染色体组成，其中包含30亿个碱基对。
※ 在所有细胞中，DNA并非游离存在于溶液中，而是以一种称为染色质的蛋白质涂层复合物存在。在原核生物中，蛋白质在DNA上的松散涂层有助于屏蔽磷酸二酯主链的负电荷。染色质还包含控制基因表达并确定染色体特征形状的蛋白质。在真核生物中，一段140至200个碱基对之间的DNA片段绕着八组带正电的蛋白质（称为组蛋白）的离散集合绕着长风，形成称为核小体的球形结构。附加的组蛋白被DNA的连续部分包裹，形成了一系列核小体，如串状珠子。在真核生物中，DNA的转录和复制更加复杂，因为核小体复合物必须至少部分拆卸才能有效进行。
※ 大多数原核生物病毒包含的线性基因组通常要短得多，并且仅包含病毒繁殖所必需的基因。 被称为噬菌体（或噬菌体）的细菌病毒可能同时包含线性和环状DNA。 例如，感染大肠杆菌的噬菌体λ（λ）的基因组包含48,502个碱基对，可以线性蛋白形式存在于蛋白质外壳中。 噬菌体λ的DNA也可以以环状形式存在（如在位点特异性重组部分中所述），其能够整合到宿主细菌细胞的环状基因组中。 在真核病毒中发现了环状和线性基因组，但它们更普遍地使用RNA作为遗传物质。
四、生化特性：
1.变性
DNA双螺旋的链通过互补碱基对之间的氢键相互作用保持在一起。在溶液中加热DNA容易破坏这些氢键，使两条链分开-这个过程称为变性或熔化。溶液冷却后，两条链可能会重新结合，从而重新构建起始DNA双链体-这一过程称为复性或杂交。这些过程构成了许多重要的DNA处理技术的基础。例如，可以使用一小段称为寡核苷酸的DNA来测试很长的DNA序列是否具有嵌入其中的寡核苷酸的互补序列。使用杂交，单链DNA分子可以捕获任何来源的互补序列。 RNA的单链也可以重新结合。 DNA和RNA单链可以形成比双链DNA更稳定的杂合分子。这些分子构成了用于纯化和表征与单个基因相对应的信使RNA（mRNA）分子的技术的基础。
2.紫外线吸收
可以通过测量波长为260纳米（十亿分之一米）的紫外线（UV）的吸收来监测DNA的熔化和重新结合。当DNA处于双链构象时，吸收相当弱，但是当DNA是单链时，碱基的解叠导致吸收的增强，称为高色度。因此，可以通过监测UV吸收来确定DNA单链或双链的程度。
3. 化学改性
DNA分子组装后，可能会被化学修饰-有时会被称为DNA甲基转移酶的特殊酶故意修饰，有时会偶然被氧化，电离辐射或化学致癌物的作用意外修饰。 DNA也可以被称为核酸酶的酶裂解和降解。
4. 甲基化
※ DNA中已报告了三种类型的天然甲基化。 可以在环上修饰胞嘧啶以形成5-甲基胞嘧啶，或者在环外氨基上修饰胞嘧啶以形成N4-甲基胞嘧啶。 可以修饰腺嘌呤以形成N6-甲基腺嘌呤。 N4-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤仅存在于细菌和古细菌中，而5-甲基胞嘧啶则广泛分布。 称为DNA甲基转移酶的特殊酶负责这种甲基化。 它们识别DNA分子内的特定序列，因此只有一部分碱基被修饰。 碱基或脱氧核糖的其他甲基化有时是由致癌物诱导的。 这些通常会导致复制过程中碱基错配，如果不致突变，则必须将其删除。
※ 天然甲基化具有许多细胞功能。在细菌和古细菌中，甲基化通过保护DNA分子免受限制性核酸内切酶的破坏而形成了免疫系统的重要组成部分。在某些生物中，甲基化有助于消除DNA复制过程中引入的错误碱基序列。通过用甲基标记亲本链，一种称为错配修复系统的细胞机制将发生错误的新复制链与模板链上的正确序列区分开。在高级真核生物中，5-甲基胞嘧啶通过阻止DNA转录来控制许多细胞现象。甲基化也被认为是信号印迹，这一过程是从一个亲本遗传的一些基因被选择性地灭活。正确的甲基化也可能抑制或激活控制胚胎发育的关键基因。另一方面，由于甲基化过程中产生的胸腺嘧啶将C：G对转化为T：A对，因此5-甲基胞嘧啶可能会诱变。在哺乳动物中，甲基化选择性地发生在二核苷酸序列CG（这是一种罕见的序列）中，大概是因为它已因突变而丢失。在许多癌症中，在CG二核苷酸的关键基因中发现了突变。
6. 核酸酶
※ 核酸酶是水解切割DNA的磷酸二酯主链的酶。核酸内切酶在链的中间裂解，而核酸外切酶通过从链的末端降解而选择性地起作用。作用于单链和双链DNA的核酸酶是已知的。
※ 限制性核酸内切酶是识别和切割DNA中特定序列的特殊类别。 II型限制性核酸内切酶总是在其识别位点或附近切割。它们产生清晰的小DNA片段，有助于表征基因和基因组，并产生重组DNA。限制性核酸内切酶产生的DNA片段可以从一种生物转移到另一种生物。这样，就有可能在细菌中表达蛋白质，例如人胰岛素。
7. 突变
DNA的化学修饰可导致遗传物质发生突变。诸如亚硫酸氢盐之类的阴离子可以使胞嘧啶脱氨基形成尿嘧啶，通过引起C到T转变而改变遗传信息。暴露于酸性会导致嘌呤残基的损失，尽管细胞中存在特定的酶可以修复这些病变。暴露于紫外线下会导致相邻的嘧啶二聚化，而自由基或强氧化剂的氧化损伤会导致多种损伤，如果不进行修复会致突变。卤素（如氯和溴）直接与尿嘧啶，腺嘌呤和鸟嘌呤反应，产生通常诱变的取代碱基。同样，亚硝酸与伯胺基反应，例如将腺苷转化为肌苷，然后导致碱基配对和突变的改变。许多化学诱变剂，例如氯代烃和亚硝酸盐，由于它们在体内代谢过程中产生卤化物和亚硝酸而具有毒性。
8. 超卷
环状DNA分子（例如在质粒或细菌染色体中发现的分子）可以采用许多不同的拓扑。一种是主动超螺旋，涉及切割一条DNA链，将其缠绕互补链一或多个匝，然后重新密封分子。每次完整旋转都会在DNA中引入一个超螺旋线，这一过程可以持续到DNA完全缠绕并在一个紧密的球体中自身坍塌为止。逆转也是可能的。称为陀螺和拓扑异构酶的特殊酶催化超螺旋DNA的缠绕和松弛。在真核生物的线性染色体中，DNA通常在各个点上都被蛋白质紧紧束缚，从而使中间的片段超螺旋。这种特性部分负责将DNA紧密地压实，这是将其装配在细胞范围内所必需的。一个人类细胞中的DNA的延伸长度将在2至3米之间，但它的包装非常紧密，因此可以装入直径10微米的人类细胞核中。
9. 序列确定
1970年代，弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger）和沃尔特·吉尔伯特（Walter Gilbert）率先提出了确定DNA碱基序列的方法，他们的努力使他们在1980年获得了诺贝尔奖。基于体外DNA的酶促合成。两种方法都测量从DNA固定点到特定碱基A，C，G或T每次出现的距离。通过凝胶电泳，将通过一系列反应获得的DNA片段根据长度分成四个“泳道”。每个泳道对应一个独特的碱基，并且序列直接从凝胶中读取。 Sanger方法现已通过使用荧光染料标记DNA进行了自动化，并且一台机器可以产生数以万计的DNA碱基序列。
本文介绍了核酸的化学性质，描述了允许其充当遗传信息传递者的结构和特性：
一、核苷酸：核酸的组成部分：
1.核苷酸的基本结构
※ 核酸是多核苷酸，即由一系列几乎相同的称为核苷酸的结构单元组成的长链分子。每个核苷酸由连接到戊糖（五碳）糖上的含氮芳香族碱基组成，该糖又连接到磷酸基团上。每个核酸包含五个可能的含氮碱基中的四个：腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），胞嘧啶（C），胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）。 A和G归类为嘌呤，C，T和U统称为嘧啶。所有核酸均包含碱基A，C和G；但是，T仅存在于DNA中，而U存在于RNA中。 DNA中的戊糖（2'-脱氧核糖）与RNA中的戊糖（核糖）的不同之处在于，糖环2'碳原子上没有羟基（-OH）。没有附着的磷酸基团，附着在碱基之一上的糖被称为核苷。磷酸基团通过将一个糖上的5'-羟基桥接到链中下一个糖的3'-羟基来连接连续的糖残基。这些核苷键称为磷酸二酯键，在RNA和DNA中相同。
2.生物合成与降解
※ 从细胞中容易获得的前体合成核苷酸。嘌呤和嘧啶核苷酸的核糖磷酸部分均通过磷酸戊糖途径由葡萄糖合成。首先合成六原子的嘧啶环，然后将其连接到核糖磷酸上。在腺嘌呤或鸟嘌呤核苷的组装过程中，嘌呤中的两个环是在与核糖磷酸相连的同时合成的。在这两种情况下，最终产物都是带有磷酸酯的核苷酸，该磷酸酯附着在糖的5'碳上。最后，一种称为激酶的特殊酶使用三磷酸腺苷（ATP）作为磷酸供体将两个磷酸基团加在一起，形成核糖核苷三磷酸（RNA的直接前体）。对于DNA，从核糖核苷二磷酸中除去2'-羟基，得到脱氧核糖核苷二磷酸。然后由另一种激酶添加来自ATP的另一个磷酸基团，以形成脱氧核糖核苷三磷酸（DNA的直接前体）。
在正常的细胞代谢过程中，RNA不断产生并分解。 嘌呤和嘧啶残基可通过几种挽救途径再利用，以制造更多的遗传物质。 嘌呤以相应核苷酸的形式被挽救，而嘧啶作为核苷被挽救。
DNA是四个核苷酸A，C，G和T的聚合物，它们通过交替的磷酸酯和脱氧核糖残基相连。 这些含氮碱基以互补对的形式存在，这取决于它们之间形成氢键的能力。 A总是通过两个氢键与T配对，G总是通过三个氢键与C配对。 A：T和G：C氢键对的跨度几乎相同，从而使它们能够均匀地桥接糖-磷酸链。 这种结构以及分子的化学稳定性使DNA成为理想的遗传物质。 互补碱基之间的键合还提供了DNA复制和遗传信息传递的机制。
二、核酸化学结构：
1953年，James D. Watson和Francis H.C. Crick根据低分辨率X射线晶体学数据和Erwin Chargaff的观察结果提出了DNA的三维结构，该观察结果表明，在天然存在的DNA中，T的量等于A的量，G的量等于C的量。 沃森（Watson）和克里克（Crick）因他们的努力而在1962年获得了诺贝尔奖，他们假设多核苷酸的两条链相互缠绕，形成一个双螺旋。 两条链尽管相同，但在相反的方向上延伸，这取决于5'至3'磷酸二酯键的方向。 糖-磷酸酯链沿螺旋的外部延伸，碱基位于内部，在此处通过氢键与另一条链上的互补碱基相连。
※ 正常DNA的双螺旋结构采用右旋形式，称为B螺旋。螺旋大约每10个碱基对旋转一整圈。 B-DNA有两个主要凹槽，一个宽的主要凹槽和一个狭窄的次要凹槽。许多蛋白质在主沟的空间中相互作用，在那里它们与碱基进行序列特异性接触。另外，已知一些蛋白质通过小沟形成接触。
※ DNA的几种结构变体是已知的。在高盐浓度和最少水的条件下形成的A-DNA中，碱基对倾斜并朝着小沟移动。左撇子Z-DNA最容易在含有交替嘌呤和嘧啶序列的链中形成。当两条含有嘧啶的链与一条含有嘌呤的第三链相互作用时，DNA可以形成三重螺旋。
※ 通常将B-DNA描述为平滑螺旋；但是，特定的碱基序列可能会使原本规则的结构变形。例如，短片段的A残基散布着通用序列的短片段会导致弯曲的DNA分子。另一方面，反向碱基序列产生具有与重组中间体相似的四向连接的十字形结构。这些替代性DNA结构大多数都只是在实验室中鉴定出来的，其细胞意义尚不清楚。
三、生物学结构：
※ 天然存在的DNA分子可以是圆形或线性的。单细胞细菌和古细菌（原核生物）的基因组，以及线粒体和叶绿体的基因组（细胞内的某些功能结构），都是环状分子。此外，某些细菌和古细菌具有较小的环状DNA分子，称为质粒，通常仅包含少数几个基因。许多质粒很容易从一个细胞传递到另一个细胞。对于典型的细菌而言，编码生物体所有基因的基因组是单个连续的环状分子，其中包含50万至500万个碱基对。大多数真核生物和一些原核生物的基因组都包含称为染色体的线性DNA分子。例如，人类DNA由23对线性染色体组成，其中包含30亿个碱基对。
※ 在所有细胞中，DNA并非游离存在于溶液中，而是以一种称为染色质的蛋白质涂层复合物存在。在原核生物中，蛋白质在DNA上的松散涂层有助于屏蔽磷酸二酯主链的负电荷。染色质还包含控制基因表达并确定染色体特征形状的蛋白质。在真核生物中，一段140至200个碱基对之间的DNA片段绕着八组带正电的蛋白质（称为组蛋白）的离散集合绕着长风，形成称为核小体的球形结构。附加的组蛋白被DNA的连续部分包裹，形成了一系列核小体，如串状珠子。在真核生物中，DNA的转录和复制更加复杂，因为核小体复合物必须至少部分拆卸才能有效进行。
※ 大多数原核生物病毒包含的线性基因组通常要短得多，并且仅包含病毒繁殖所必需的基因。 被称为噬菌体（或噬菌体）的细菌病毒可能同时包含线性和环状DNA。 例如，感染大肠杆菌的噬菌体λ（λ）的基因组包含48,502个碱基对，可以线性蛋白形式存在于蛋白质外壳中。 噬菌体λ的DNA也可以以环状形式存在（如在位点特异性重组部分中所述），其能够整合到宿主细菌细胞的环状基因组中。 在真核病毒中发现了环状和线性基因组，但它们更普遍地使用RNA作为遗传物质。
四、生化特性：
1.变性
DNA双螺旋的链通过互补碱基对之间的氢键相互作用保持在一起。在溶液中加热DNA容易破坏这些氢键，使两条链分开-这个过程称为变性或熔化。溶液冷却后，两条链可能会重新结合，从而重新构建起始DNA双链体-这一过程称为复性或杂交。这些过程构成了许多重要的DNA处理技术的基础。例如，可以使用一小段称为寡核苷酸的DNA来测试很长的DNA序列是否具有嵌入其中的寡核苷酸的互补序列。使用杂交，单链DNA分子可以捕获任何来源的互补序列。 RNA的单链也可以重新结合。 DNA和RNA单链可以形成比双链DNA更稳定的杂合分子。这些分子构成了用于纯化和表征与单个基因相对应的信使RNA（mRNA）分子的技术的基础。
2.紫外线吸收
可以通过测量波长为260纳米（十亿分之一米）的紫外线（UV）的吸收来监测DNA的熔化和重新结合。当DNA处于双链构象时，吸收相当弱，但是当DNA是单链时，碱基的解叠导致吸收的增强，称为高色度。因此，可以通过监测UV吸收来确定DNA单链或双链的程度。
3. 化学改性
DNA分子组装后，可能会被化学修饰-有时会被称为DNA甲基转移酶的特殊酶故意修饰，有时会偶然被氧化，电离辐射或化学致癌物的作用意外修饰。 DNA也可以被称为核酸酶的酶裂解和降解。
4. 甲基化
※ DNA中已报告了三种类型的天然甲基化。 可以在环上修饰胞嘧啶以形成5-甲基胞嘧啶，或者在环外氨基上修饰胞嘧啶以形成N4-甲基胞嘧啶。 可以修饰腺嘌呤以形成N6-甲基腺嘌呤。 N4-甲基胞嘧啶和N6-甲基腺嘌呤仅存在于细菌和古细菌中，而5-甲基胞嘧啶则广泛分布。 称为DNA甲基转移酶的特殊酶负责这种甲基化。 它们识别DNA分子内的特定序列，因此只有一部分碱基被修饰。 碱基或脱氧核糖的其他甲基化有时是由致癌物诱导的。 这些通常会导致复制过程中碱基错配，如果不致突变，则必须将其删除。
※ 天然甲基化具有许多细胞功能。在细菌和古细菌中，甲基化通过保护DNA分子免受限制性核酸内切酶的破坏而形成了免疫系统的重要组成部分。在某些生物中，甲基化有助于消除DNA复制过程中引入的错误碱基序列。通过用甲基标记亲本链，一种称为错配修复系统的细胞机制将发生错误的新复制链与模板链上的正确序列区分开。在高级真核生物中，5-甲基胞嘧啶通过阻止DNA转录来控制许多细胞现象。甲基化也被认为是信号印迹，这一过程是从一个亲本遗传的一些基因被选择性地灭活。正确的甲基化也可能抑制或激活控制胚胎发育的关键基因。另一方面，由于甲基化过程中产生的胸腺嘧啶将C：G对转化为T：A对，因此5-甲基胞嘧啶可能会诱变。在哺乳动物中，甲基化选择性地发生在二核苷酸序列CG（这是一种罕见的序列）中，大概是因为它已因突变而丢失。在许多癌症中，在CG二核苷酸的关键基因中发现了突变。
6. 核酸酶
※ 核酸酶是水解切割DNA的磷酸二酯主链的酶。核酸内切酶在链的中间裂解，而核酸外切酶通过从链的末端降解而选择性地起作用。作用于单链和双链DNA的核酸酶是已知的。
※ 限制性核酸内切酶是识别和切割DNA中特定序列的特殊类别。 II型限制性核酸内切酶总是在其识别位点或附近切割。它们产生清晰的小DNA片段，有助于表征基因和基因组，并产生重组DNA。限制性核酸内切酶产生的DNA片段可以从一种生物转移到另一种生物。这样，就有可能在细菌中表达蛋白质，例如人胰岛素。
7. 突变
DNA的化学修饰可导致遗传物质发生突变。诸如亚硫酸氢盐之类的阴离子可以使胞嘧啶脱氨基形成尿嘧啶，通过引起C到T转变而改变遗传信息。暴露于酸性会导致嘌呤残基的损失，尽管细胞中存在特定的酶可以修复这些病变。暴露于紫外线下会导致相邻的嘧啶二聚化，而自由基或强氧化剂的氧化损伤会导致多种损伤，如果不进行修复会致突变。卤素（如氯和溴）直接与尿嘧啶，腺嘌呤和鸟嘌呤反应，产生通常诱变的取代碱基。同样，亚硝酸与伯胺基反应，例如将腺苷转化为肌苷，然后导致碱基配对和突变的改变。许多化学诱变剂，例如氯代烃和亚硝酸盐，由于它们在体内代谢过程中产生卤化物和亚硝酸而具有毒性。
8. 超卷
环状DNA分子（例如在质粒或细菌染色体中发现的分子）可以采用许多不同的拓扑。一种是主动超螺旋，涉及切割一条DNA链，将其缠绕互补链一或多个匝，然后重新密封分子。每次完整旋转都会在DNA中引入一个超螺旋线，这一过程可以持续到DNA完全缠绕并在一个紧密的球体中自身坍塌为止。逆转也是可能的。称为陀螺和拓扑异构酶的特殊酶催化超螺旋DNA的缠绕和松弛。在真核生物的线性染色体中，DNA通常在各个点上都被蛋白质紧紧束缚，从而使中间的片段超螺旋。这种特性部分负责将DNA紧密地压实，这是将其装配在细胞范围内所必需的。一个人类细胞中的DNA的延伸长度将在2至3米之间，但它的包装非常紧密，因此可以装入直径10微米的人类细胞核中。
9. 序列确定
1970年代，弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger）和沃尔特·吉尔伯特（Walter Gilbert）率先提出了确定DNA碱基序列的方法，他们的努力使他们在1980年获得了诺贝尔奖。基于体外DNA的酶促合成。两种方法都测量从DNA固定点到特定碱基A，C，G或T每次出现的距离。通过凝胶电泳，将通过一系列反应获得的DNA片段根据长度分成四个“泳道”。每个泳道对应一个独特的碱基，并且序列直接从凝胶中读取。 Sanger方法现已通过使用荧光染料标记DNA进行了自动化，并且一台机器可以产生数以万计的DNA碱基序列。
