제임스 D. 왓슨
왓슨과 크릭은 DNA가 뉴클레오타이드로 구성된 이중나선 구조라고 설명하였다. 만일 DNA 이중나선을 꼬여진 사다리로 생각한다면 발판은 수소결합으로 연결된 A-T와 G-C염기쌍이고, DNA의 가로대는 공유결합으로 연결된 디옥시리보오스와 인산이 교대로 배열되어 있다. DNA 뉴클레오티드에는 디옥시리보오스, 염기, 인산이 각각 하나씩 있다. DNA는 흔히 직선 구조로 묘사되지만 실제로는 아주 복잡하고 그 복잡성이 DNA 기능에 도움이 된다. DNA 뉴클레오티드에 포함된 염기는 아데닌, 구아닌, 시토신, 티민이다. 아데닌과 구아닌은 2개의 유기 고리 구조를 갖는 퓨린이고, 시토신과 티민은 1개의 유기 고리 구조를 갖는 피리미딘이다. A와 T 그리고 G와 C가 수소결합으로 연결된 염기쌍은 각 염기쌍이 하나의 고리 구조와 2개의 고리 구조를 갖기 때문에 나선 사이의 거리가 일정하다. 이러한 퓨린-피리미딘 쌍을 상보적 염기쌍(complementary base pair) 또는 염기쌍이라 부른다. 상보적 염기쌍은 유전자 기능과 DNA 복제의 기본이다.
DNA 클로닝
유전자 클로닝과 유전공학은 특정 염기서열을 인지하고 절단하는 효소의 발견에 의해서 가능하게 되었는데, 이 효소를 제한효소(restriction enzyme)라고 한다. 현재까지 수백 종류의 제한효소들이 밝혀졌고, 박테리아로부터 분리 정제됨으로써 발견되었다. 각각의 제한효소는 제한효소자리(restriction site, 일반적으로 4~8개 염기서열)라는 특정 염기서열을 인지하고 DNA 두 가닥을 자른다. 박테리아는 자신의 DNA 제한효소자리에 존재하는 아데닌이나 사이토신에 메틸기를 첨가함으로써 제한효소로부터자신의 DNA를 보호한다. 대부분의 제한효소들은 4~8개의 염기를 포함하는 서열을 인식하고 자른다. 이러한 짧은 서열은 보통 긴 DNA분자내에서 여러 번 나타나므로 제한효소는 다양한 크기의 제한효소절편(restriction fragment)을 만들 수 있다. 한 종류의 제한 효소는 언제나 같은 방식으로 DNA를 자르게 된다. 가장 유용한 제한효소는 엇갈린 방법으로 DNA 두 가닥의 인산화 당 구조를 절단하는 것인데, 그 결과양가닥 제한효소 절편들은 점착말단(sticky end)이라고 불리는 단일가닥 말단을 가지게 된다.이 짧은 단일가닥 말단 부위는 동일한 효소로 절단된 DNA의 상보적인 점착말단과 수소결합 염기쌍을 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 결합은 일시적이고, 이들 일시적 결합은 DNA 연결효소(DNA ligase)라는 효소에 의해서 영구적 결합이 된다. DNA 연결효소에 의해서 결합을 촉매시키면 결국 재조합 DNA 분자가 생성된다.