遗传决定者——遗传分子DNA
去过北京海淀区白颐路（现改称中关村大街）的人，一定会看见，在靠近黄庄的街心，耸立着一座造型优美的双螺旋模型，这就是DNA分子，它是20世纪最伟大的科学发现之一。这座纪念碑是为了纪念DNA分子的发现者——美国生物学家沃森（Watson）和英国物理学家克里克（Crick）而建造的。
前面我们已经知道，在光学显微镜下，我们看到了存在于细胞核中的遗传信息携带者——染色体，这是细胞水平的遗传物质。随着科学技术的发展，科学家利用电子显微镜、X射线晶体衍射等先进技术，进入了分子水平的遗传物质研究。他们发现染色体实际上是由核酸和蛋白质构成的，而其中决定遗传的是核酸，更确切地说，是脱氧核糖核酸，即DNA。
DNA是脱氧核糖核酸的简称，也是同义的英文名称（Deoxyribonucleic Acid）的缩写。这是很早就发现的一类生物化合物，或如现代所称的生物大分子。它是一种双螺旋分子，每条螺旋的基本结构单位是核苷酸，所有生物的DNA分子都由四种核苷酸组成，即腺苷酸、胸苷酸、胞苷酸和鸟苷酸。但在不同DNA分子中，四种核苷酸的比例、多少和排列顺序却不尽相同，因此可构成各种基因。核苷酸又由碱基、磷酸和脱氧核糖（一种五碳糖）连接而成，四种核苷酸的不同在于其所含的碱基不同，因为其他两种成分都一样。DNA的碱基有四种，即腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G），括号中的字母为碱基的英文名称的第一个字母；为简便起见，核苷酸相应地也分别叫作A、T、C、G。核苷酸彼此相连而成为链状的多核苷酸。在这种连接过程中，磷酸分子起着穿针引线的作用，它分别与相邻的脱氧核糖在3ˊ和5ˊ位置相连，3ˊ和5ˊ是指脱氧核糖中碳原子的位置。整个分子的结构如左页图所示。
DNA碱基配对与DNA复制
图中的每侧是一条DNA链的简单结构。由图可知，一个完整的自然状态的DNA分子是由两条链构成的，两条链之间的关系不是杂乱无章的，此链的A、T、C、G与彼链的T、A、G、C有严格的配对关系，从而形成有规则、间距一定、螺距一定的双螺旋结构。
上面介绍的DNA结构中，有两大特点必须予以充分重视：一是DNA是由两条多核苷酸构成的；二是一条链上的碱基同另一条链上相应部位碱基的“配偶关系”是绝对严格的，即A对T、C对G，绝不会发生“姐妹易嫁”或“乱点鸳鸯”的情况。这两大特点对于理解DNA何以能担当遗传重任颇有帮助。
但是，DNA遗传决定者地位的确立，却并非靠其化学结构的推论。事实上，由于另一类生物大分子——蛋白质是由20种结构单位即氨基酸构成，而20种在表面看来显然比4种复杂得多，所以人们在探索遗传决定者的岁月里，长期踯躅于蛋白质与核酸之间。DNA遗传决定者地位的确立，像其他生物规律的确定一样，更主要的是靠实验证据。如果把具有某种遗传性状的生物的DNA提取出来，再转到没有这种性状的生物中去，后者便会获得此性状。这种技术叫作转化。DNA作为遗传物质的发现和证实，就是依靠这种技术。早在1928年，格里菲斯（F.Griffith）用肺炎球菌做实验。肺炎球菌有两种类型：一种有多糖夹膜，因此菌落形状比较光滑，称为S型（S是英文“光滑”的第一个字母），这种类型的肺炎球菌有毒，能杀死老鼠；另一种无多糖夹膜，菌落形态比较粗糙，称为R型（R是英文“粗糙”的第一个字母），对老鼠无毒。将高温灭活的S型的肺炎球菌给老鼠注射，老鼠却安然无恙；但若将高温灭活的S型细菌，加上活的R型细菌，一起注射到老鼠体内，老鼠却死去，而且可以从死老鼠体中分离出活的S型细菌。这就说明，煮过的S型细菌中的某种物质将活的R型细菌转变成了S型细菌。当时把这种物质笼统地叫作转化因子，因为那时虽然早就知道真核生物含有核酸，却不知道原核生物也含有核酸。后来，艾沃瑞（Avery）等先用死的S型细菌的各种无细胞提取物，如多糖、蛋白质和DNA，分别加到活的R型细菌中，然后再注射到老鼠体内，结果只有加S型DNA的一组能使老鼠死亡，而加蛋白质或其他成分的各组都无此效果。这是不是可以说DNA决定遗传呢？当然如此。转化技术不仅使人们认识到DNA是遗传决定者，而且是遗传工程技术的重要组成部分。我们都希望把生物的优良性状组合在一起，这就要使性状在生物之间进行转移，也就需要进行转化。
肺炎球菌转化实验
DNA还有一个特点，就是有许多特别的顺序可以被相应的内切酶切割，这一点虽然对说明其遗传决定作用没有太大的意义，但对于揭示基因在染色体上的位置非常重要。我们先记住这一点就够了，有关内容以后将会谈到。
至此，我们已经涉及两个水平的遗传物质，即细胞水平的染色体和分子水平的DNA。但这两者是一致的，因为染色体的化学本质，或者像在简单的原核生物中那样，本身就是DNA，或者像在复杂的真核生物中那样，染色体是核酸与蛋白质的复合体（核蛋白）。在后一种情况下，起遗传决定作用的不是复合体中的蛋白质部分，而是DNA部分。
此外，我们必须补充一点，即除了染色体携带DNA外，还有染色体外的DNA，它们也有基因。细菌中，在染色体外游离着一类环形DNA分子，它们在细胞中有着特定数目的分子数（拷贝数），能自我复制，而且含有特定基因。在真核细胞中，有两种存在于细胞质中的细胞器中，即动植物共有的线粒体和植物特有的叶绿体，它们都有自己的DNA和特定的基因。
生物的遗传不同于财产的继承，它们不是将自己的实体传给后代，而是将构成后代个体所需的全部遗传信息传给后代。生物类型就是由这些遗传信息所决定的，遗传信息即载于DNA上。基因是遗传信息单位，也就是遗传单位，从分子水平看，就是DNA长链上相应长度的一个片段。它只决定某一性状，如皮肤黑与白，鼻梁高与低。所以，改变DNA（它的一个碱基），便可以改变遗传特性，这就是包括变异和遗传工程在内的人为改造生物的基础。