اوضح واطسن Watson وكريك Crick لأول مرة في عام 1953 البنية الحلزونية المزدوجة للدنا، ويعد هذا الانجاز الرائع واحد من أهم الانجازات في تاريخ علوم الحياة حيث مهد الطريق لفهم وظائف الجين على المستوى الجزيئي. وكان استنتاجهما من خلال:

 أ- حيود الأشعة السينية لجزيئة الدنا تتكون من:

1 - سلسلتين متكاملتين تلتفان حول بعضها ليكونا حلزونا مزدوجا باتجاه اليمين.

2 - هذه السلاسل لهما قطبية متعاكسة (Antiparall).

3- قطر الحلزون المزدوج هو ما يقرب من 20 - 22 انكستروم (2 نانوميتر) شكل (1) .

 4 - عرض اللفة الواحدة 34 انكستروم.

5 - المسافة بين النيوكليوتيدات المتجاورة هي 3,4 انكستروم، يجب أن يكون هناك (10) النيوكليوتيدات في كل لفة.

6 – أن التفاف السلسلتين يكون حول الحلزون يكون اخدودين، الأول الاخدود الضيق (12 انكستروم) والثاني الاخدود الواسع (22 انكستروم).

ب - كثافة الدنا توحي ان :

1 - قطر الحلزون ثابت ويمكن تفسير ترتيب القواعد في كل وجه سلسلة الداخل وبحيث البيورين هو دائما على الجانب الآخر من بيريميدين، مما يستبعد ارتباط البيورين - البيورين (تكون المسافة كبيرة مقارنة بعرض الحلزون) أو البيريميدين- بيريميدين (قليلة جدا).

2 - تترتب القواعد في داخل الحلزون في أزواج مرتبة التي هي البيريمدين من سلسلة واحدة مع البيورين من السلسة الأخرى والعكس بالعكس.

ج - خواص والصفات الكمية للقواعد :

1 – كل زوج قاعدي يرتبط عن طريق الأواصر الهيدروجينية، حيث يرتبط الأدنين مع الثايمين باصرتين هيدروجينيتين في حين يرتبط السايتوسين مع الكوانين بثلاث أواصر هيدروجينية.

إن نسبة القواعد C&G دائما متساوية مع نسبة T&A في أي شريط من الدنا، وأن نسبة C&G في كل الأنواع الحية تتراوح بين 26% - 74%.

شكل (1) الحلزون المزدوج للدنا

د- المعلومات الأساسية:

1 - إن قواعد الارتباط بين القواعد النيتروجينية في السلسلتين تكون بشكل إتمام (complementary) لذلك فان تتابع القواعد في أحد السلسلتين هو الذي يحدد نمط التتابع في السلسلة الأخرى.

2 - إن الشحنة السالبة العالية نتيجة تركيب العمد الفقري للدنا (سكر- فوسفات والمرتبطة عن طريق الأواصر ثنائية الاستر)، وهذه المجموعات القطبية ممكن إن تتفاعل في الوسط المائي.

3- عندما يوضع الدنا في المختبر وفي المحلول تتعادل الشحنة السالبة من خلال الارتباط الايونات المعدنية وعادة الصوديوم Na والتي تزود الايونات الموجبة للوصول إلى حالة التعادل، وبالمقابل ترتبط الدنا مع البروتينات المشحونة بالشحنة الموجبة للوصول إلى حالة التعادل في الخلايا.

من خلال ملاحظات جاركف Chargaff وجماعته في عام 1955:

1 - إن محتوى الكائن الحي من القواعد النيتروجينة هو صفة مميزة له ومن ثم لنوعه أو لسلالته.

2- كل الخلايا أو الأنسجة في الكائن الحي تكون متماثلة في المكونات القواعد النتيروجينة، العمر وطور النمو في نفس المحيط ( في حالة عدم حدوث طفرات وراثية).

3 - تختلف الكائنات الحية باختلاف محتواها من القواعد النتيروجينة والتي يتم التعبير عنها بنسبة (A+T) /(G+C).

4 - توجد تشابه في محتوى القواعد النتيروجينة في الكائنات المتقاربة وراثيا.

5 - حسب قانون کارکف فان A+G=T+C أو A+C=G+T.