How big is DNA 去氧核醣核酸?
2 nanómetros!
DNA（去氧核醣核酸的簡稱）是儲存並傳遞生物細胞遺傳資訊的分子。它的形狀像一把扭成螺旋狀的梯子，稱為雙螺旋，這個雙螺旋的寬度大約是2奈米。一奈米是一公尺的十億分之一。
大小
DNA的大小通常是指雙螺旋的寬度，也就是橫跨兩條扭轉股鏈的距離。每一條股鏈都是由稱為核苷酸的小單位串連而成。兩條股鏈之間由成對的化學鹼基連接，這些鹼基對構成了梯子的橫檔。
細胞中常見的DNA形式稱為B型DNA，寬度為1.9至2奈米。沿著螺旋，相鄰鹼基對之間相距0.34奈米，螺旋大約每10個鹼基對，也就是每3.4奈米，就完整轉一圈。DNA還有另外兩種罕見得多的形式，稱為A型DNA和Z型DNA，扭轉方式各不相同。
DNA的長度依分子而異。人類的22號染色體是最小的染色體之一，是一條由大約4800萬個鹼基對組成的DNA分子。如果把它拉直，長度大約是1.5公分。
大小比較
- 把大約4萬到5萬條DNA雙螺旋並排排列，其寬度就相當於一根頭髮的寬度。
- 構成細胞膜的磷脂雙層大約有5奈米厚，是DNA寬度的2.5倍。
- 一個金原子的直徑大約是三分之一奈米，因此DNA大約有六個金原子那麼寬。
- 如果把DNA放大到頭髮的寬度，一個人類細胞裡的DNA會延伸大約100公里。它會被裝進一個直徑大約30公分的細胞核中。
一個細胞含有多少DNA
一個典型的人類細胞，如果把其中的DNA首尾相接排列，長度大約是2公尺。然而容納它的細胞核，直徑卻只有大約6微米。一微米是一公尺的百萬分之一。這些DNA的長度是細胞核寬度的30萬倍以上。
人類基因組，也就是人類全部DNA的總稱，長度大約是32億個核苷酸，分布在24條不同的染色體上。每一條染色體都是一條非常長的DNA分子，與蛋白質結合，摺疊並包裝成緊密的形狀。
雙螺旋如何被發現
詹姆斯·華生（James Watson）和法蘭西斯·克里克（Francis Crick）在英國劍橋大學工作時，於1953年描述了雙螺旋結構。他們的模型顯示了鹼基如何配對：腺嘌呤與胸腺嘧啶配對，胞嘧啶與鳥嘌呤配對，也暗示了DNA可能藉此複製。
X射線繞射法幫助揭示了這個結構。這種方法是根據X射線照射分子後散射出的圖案，推算出分子的形狀。羅莎琳·富蘭克林（Rosalind Franklin）當時正以這種方法研究DNA，莫里斯·威爾金斯（Maurice Wilkins）也在研究DNA的結構。X射線圖案顯示出鹼基之間規律的0.34奈米間距。
華生、克里克和威爾金斯在1962年共同獲得諾貝爾獎。當時富蘭克林已經過世，而諾貝爾獎不會頒發給已故人士。
參考資料
- Biochemistry, DNA Structure. StatPearls, NCBI Bookshelf, 2023.
- DNA Structure and Sequencing. Biology 2e, OpenStax, 2018.
- Chromosomal DNA and Its Packaging in the Chromatin Fiber. Molecular Biology of the Cell, 4th edition, Garland Science, 2002.
- Membrane Structure. Molecular Biology of the Cell, 4th edition, Garland Science, 2002.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.