TiềnAcid deoxyribonucleic (viết tắt ADN theo tiếng Pháp hay DNA theo tiếng Anh) là một phân tử acid nucleic mang thông tin di truyền mã hóa cho hoạt động sinh trưởng và phát triển của các dạng sống bao gồm cả một số virus. ADN thường được coi là vật liệu di truyền ở cấp độ phân tử tham gia quyết định các tính trạng. Trong quá trình sinh sản, phân tử ADN được nhân đôi và truyền cho thế hệ sau.
Trong những tế bào sinh vật nhân thật (eukaryote), ADN nằm trong nhân tế bào trong khi ở các tế bào vi khuẩn hay các prokaryote khác (archae), ADN không được màng nhân bao bọc, vẫn nằm trong tế bào chất. Ở những bào quan sản sinh năng lượng như lục lạp và ty thể, cũng như ở nhiều loại virus cũng mang những phân tử ADN đặc thù.
ADN có thể được hiểu một cách đơn giản là nơi chứa mọi thông tin chỉ dẫn cần thiết để tạo nên các đặc tính sự sống của mỗi sinh vật;
Mỗi phân tử ADN bao gồm các vùng chứa các gene cấu trúc, những vùng điều hòa biểu hiện gene, và những vùng không mang chức năng, hoặc có thể khoa học hiện nay chưa biết rõ gọi là junk ADN;
Cấu trúc phân tử ADN được cấu thành gồm 2 chuỗi có thành phần bổ sung cho nhau từ đầu đến cuối. Hai chuỗi này được giữ vững cấu trúc bằng những liên kết hoá học. Các liên kết này khi bị cắt sẽ làm phân tử ADN tách rời 2 chuỗi tương tự như khi ta kéo chiếc phéc mơ tuya;
Về mặt hoá học, các ADN được cấu thành từ những viên gạch, gọi là nucleotide,viết tắt là Nu. Do các Nu chi khác nhau ở base (1Nu = 1 Desoxyribose + 1 phosphate + 1 base),nên tên gọi của Nu cũng là tên của base mà nó mang. Chỉ có 4 loại gạch cơ bản là A, T, X, và G;
Mỗi base trên 1 chuỗi chỉ có thể bắt cặp với 1 loại base nhất định trên chuỗi kia theo một quy luật chung cho mọi sinh vật. VD theo quy luật, một "A" ở chuỗi của phân tử ADN sợi kép sẽ chỉ liên kết đúng với một "T" ở chuỗi kia.(Nguyên tắc bổ sung)
Trật tự các base dọc theo chiều dài của chuỗi ADN gọi là trình tự, trình tự này rất quan trọng vì nó chính là mật mã nói lên đặc điểm hình thái của sinh vật. Tuy nhiên, vì mỗi loại base chỉ có khả năng kết hợp với 1 loại base trên sợi kia, cho nên chỉ cần trình tự base của 1 chuỗi là đã đại diện cho cả phân tử ADN.
Khi ADN tự nhân đôi, 2 chuỗi của ADN mạch kép trước tiên được tách đôi nhờ sự hỗ trợ của một số protein chuyên trách. Mỗi chuỗi ADN sau khi tách ra sẽ thực hiện việc tái tạo một chuỗi đơn mới phù hợp bằng cách mỗi base trên chuỗi gốc sẽ chọn loại base tương ứng (đang nằm tự do trong môi trường xung quanh) theo quy luật như trên. Do đó, sau khi nhân đôi, 2 phân tử ADN mới (mỗi phân tử chứa một chuỗi cũ và một chuỗi mới) đều giống hệt trình tự nhau nếu như không có đột biến xảy ra.
Đột biến hiểu đơn giản là hậu quả của những sai sót hoá học trong quá trình nhân đôi. Bằng cách nào đó, một base đã bị bỏ qua, chèn thêm, bị sao chép nhầm hay có thể chuỗi ADN bị đứt gẫy hoặc gắn với chuỗi ADN khác. Về mặt cơ bản, sự xuất hiện những đột biến này là ngẫu nhiên và xác suất rất thấp.
Phân tử ADN được coi là "cơ sở vật chất của tính di truyền ở cấp độ phân tử" (molecule of heredity). Tuy nhiên, thực chất về mặt cấu tạo, các ADN không phải một phân tử đơn thuần mà nó được tạo thành từ hai chuỗi polynucleotide, chúng liên kết với nhau và uốn quanh 1 trục tương tự 1 chiếc thang dây xoắn. Cấu trúc này được gọi là cấu trúc xoắn kép (double helix) (xem hình minh hoạ).
Mỗi chuỗi polynucleotide chính là do các phân tử nucleotide liên kết với nhau thông qua liên kết phosphodieste giữa gốc đường của nucleotide này với gốc phosphate của nucleotide tiếp theo. Tóm lại, ADN là các đại phân tử (polymer) mà các đơn phân (monomer) là các nucleotide.
Mỗi nucleotide được tạo thành từ một phân tử đường ribose, một gốc phosphate và một bazơ nitơ (nucleobase). Trong ADN chỉ có 4 loại nucleotide và những loại này khác nhau ở thành phần nucleobase. Do đó tên gọi của các loại nucleotide xuất phát từ gốc nucleobase mà nó mang: adenine (A), thymine (T), Cytosine (C), và guanine (G). Trong đó, A và G là các purine (có kích thước lớn) còn T và X, có kích thước nhỏ hơn (pyrimidine).
Trong môi trường dịch thể, 2 chuỗi polynucleotide của 1 phân tử ADN liên kết với nhau bằng liên kết hiđrô. Liên kết này được tạo ra giữa 2 gốc nucleobase của 2 nucleotide đối diện nhau trên 2 chuỗi, tương tự như những bậc thang trên 1 chiếc thang dây.
Do cấu tạo hoá học của các nucleobase mà liên kết hydro chỉ hình thành giữa 2 loại nucleobase nhất định là A với T (qua 2 liên kết hydro) và C với G (bằng 3 liên kết hydro). Đó thực chất là liên kết giữa một purine và 1 pyrimidine nên khoảng cách tương đối giữa 2 chuỗi polynucleotide được giữ vững. Nguyên tắc hình thành liên kết trên được gọi là nguyên tắc bổ sung và nó phổ biến trên mọi loài sinh vật.
Trong tế bào, dưới tác dụng của một số protein đặc hiệu, 2 chuỗi của phân tử ADN có thể tách nhau ra (còn gọi là biến tính ADN) do các liên kết hydro bị cắt đứt. Khi đó, các nucleotide trên mỗi chuỗi có thể tạo thành liên kết với các nucleotide tự do trong môi trường nội bào. Kết quả của quá trình này là tạo thành 2 phân tử ADN giống hệt nhau từ 1 phân tử ADN ban đầu. Đây cũng chính là nguồn gốc của đặc tính di truyền của sinh vật. Các nhà khoa học có thể thực hiện quá trình tự nhân đôi này trong ống nghiệm gọi là kỹ thuật PCR. Nếu sự bắt cặp giữa nucleotide chuỗi gốc với nucleotide không tuân theo nguyên tắc bổ sung thì sẽ tạo thành đột biến là nguồn gốc của hiện tượng biến dị.
Tại các gene trên 1 chuỗi (mạch) phân tử ADN, trật tự sắp xếp các nucleotide tạo thành trình tự của gene. Dựa trên thông tin từ trình tự này, các RNA thông tin được tạo ra thông qua quá trình phiên mã. Và rồi từ các RNA thông tin tế bào sẽ tổng hợp các protein qua quá trình dịch mã tại các thời điểm nhất định của cuộc đời. Mỗi quan hệ giữa trình tự gene với trình tự của các amino acid trên protein được gọi là mã di truyền (một dạng mật mã chung cho mọi sinh vật). Thực chất, ba nucleotide liên tiếp (gọi là một bộ ba hay một codon) trên gene sẽ thông qua những bộ ba tương ứng ở RNA thông tin và RNA vận chuyển mà quy định cho một loại amino acid nhất định (có khoảng 20 loại amino acid khác nhau). Một loại amino acid có thể được quy định bởi một số codon, tuy nhiên mỗi codon chỉ mã hoá cho một loại amino acid. Có 3 codon không mã hoá cho amino acid mà là tín hiệu kết thúc vùng mã hoá (gọi là mã kết thúc.
Ở nhiều loài sinh vật, chỉ có một phần nhỏ trình tự của bộ gene (genome) là dùng để mã hoá protein (gen cấu trúc). Chức năng của phần còn lại là vẫn còn đang được giả định. Thực chất, một số vùng ADN có khả năng bám với protein liên kết ADN, vùng này (gọi là vùng điều hoà) điều khiển quá trình nhân đôi và phiên mã có vai trò cực kỳ quan trọng. Cho tới nay, các nhà khoa học mới chỉ có thể xác định một phần nhỏ vùng điều hoà trên genome. Phần genome còn lại mà chúng ta chưa biết được chức năng gọi là vùng ADN bí ẩn (junk ADN).
Trình tự của ADN cũng xác định khả năng và vị trí mà ADN có thể bị phân huỷ bởi các enzyme giới hạn, một công cụ quan trọng của ngành kỹ thuật di truyền. Bản đồ các khả năng và vị trí cắt trên ADN genome có thể sử dụng như là dấu vân tay của mỗi cá thể nhất định và được ứng dụng trong kỹ thuật vân tay ADN (ADN fingerprinting).
Quá trình tự nhân đôi ADN hay tổng hợp ADN là một cơ chế sao chép các phân tử ADN mạch kép trước mỗi lần phân bào. Kết quả của quá trình này là tạo ra hai phân tử ADN gần như giống nhau hoàn toàn, chỉ sai khác với tần số rất thấp (thông thường dưới 1 phần vạn, xem thêm đột biến). Có được như vậy là do cơ chế nhân đôi thực hiện dựa trên nguyên tắc bổ sung, và tế bào có hệ thống tìm kiếm và sửa chữa các sai hỏng ADN hoạt động hiệu quả.
Trong quá trình tự nhân đôi, ADN được tổng hợp theo một chiều duy nhất là chiều từ 5' đến 3'; đồng thời, một đoạn ADN được tổng hợp liên tục, còn một đoạn được tổng hợp theo từng đoạn Okazaki rồi nối lại với nhau.
Trong các phân tử ADN xoắn kép mới tổng hợp thì có 1 chuỗi là từ ADN ban đầu còn chuỗi kia được tổng hợp từ các thành phần của môi trường nội bào, đó là nội dung của nguyên tắc bán bảo toàn.
Chiều ngang nhỏ bé của chuỗi xoắn kép làm nó không thể được tìm ra bởi kính hiển vi điện tử thông thường, trừ khi được nhuộm màu thật đậm. Cùng lúc đó, ADN tìm thấy trong một số tế bào có thể đạt chiều dài ở cấp vĩ mô -- xấp xỉ 5 centimetre trong nhiễm sắc thể của người.Do đó, tế bào phải nén hay "đóng gói" ADN để có thể mang nó. Đó là một trong những chức năng của nhiễm sắc thể khi nó chứa những protein hình ống tên histone xung quanh dải ADN. Nhiễm sắc thể sẽ quấn quanh protein histone này làm ADN có chiều dài "gọn hơn".
bảng so sánh ADN
Phát hiện ADN là vật thể chứa đựng thông tin di truyền là một quá trình tiếp nối các đóng góp và phát hiện trước đó. Sự tồn tại của ADN được phát hiện vào giữa thế kỷ 19. Tuy nhiên, mãi đến đầu thế kỷ 20, các nhà khoa học mới bắt đầu đặt giả thuyết rằng ADN có thể chứa đựng thông tin di truyền. Giả thuyết này chỉ được tán đồng sau khi Watson và Crick làm sáng tỏ về cấu trúc của ADN vào năm 1953 trong bài báo của họ (đăng trên tạp chí Nature). Watson và Crick đã đề cử nguyên lý trung tâm về sinh học phân tử vào năm 1957, miêu tả quá trình tạo ra các phân tử protein từ ADN.
Vào thế kỷ thứ 19, các nhà sinh hóa ban đầu cô lập được hỗn hợp của ADN và ARN trong nhân tế bào và nhanh chóng nhận ra bản chất đa phân của các chất này. Sau đó ít lâu, người ta tiếp tục phát hiện ra các nucleotide có 2 loại - một chứa đường ribose và một chứa deoxyribose, từ đó, nhận biết và định danh ADN riêng biệt với ARN.
Friedrich Miescher (1844-1895) đã phát hiện ra một chất (mà ông gọi riêng là nuclein vào năm 1869). Sau đó, ông cô lập được một mẫu vật tinh sạch của chất nay gọi là ADN từ tinh trùng cá hồi và năm 1889 một học trò của ông, Richard Altmann, đặt tên chất đó là "acid nucleic" (chỉ được tìm thấy tồn tại trong nhiễm sắc thể)
Vào những năm 1950, chỉ một số ít các nhóm đặt ra mục tiêu xác định cấu trúc ADN, bao gồm nhóm các nhà khoa học Mỹ (dẫn đầu là Linus Pauling,và 2 nhóm các nhà khoa học Anh. Tại Đại học Cambridge, Crick và Watson đang xây dựng mô hình vật lý bằng các thanh kim loại và những quả bóng đại diện cho cấu trúc hóa học của nucleotide và các liên kết trong đa phân. Tại trường King, London, Maurice Wilkins và Rosalind Franklin kiểm tra các mẫu nhiễu xạ tia X tinh thể của sợi ADN. Trong 3 nhóm nói trên, chỉ có nhóm London có thể có các kết quả nhiễu xạ chất lượng tốt và do vậy, có thể cung cấp đầy đủ thông tin có giá trị định lượng vầ cấu trúc phân tử.
Trong những tế bào sinh vật nhân thật (eukaryote), ADN nằm trong nhân tế bào trong khi ở các tế bào vi khuẩn hay các prokaryote khác (archae), ADN không được màng nhân bao bọc, vẫn nằm trong tế bào chất. Ở những bào quan sản sinh năng lượng như lục lạp và ty thể, cũng như ở nhiều loại virus cũng mang những phân tử ADN đặc thù.
Quá trình tự nhân đôi của ADN, dấu hiệu của sự sống
ADN có thể được hiểu một cách đơn giản là nơi chứa mọi thông tin chỉ dẫn cần thiết để tạo nên các đặc tính sự sống của mỗi sinh vật;
Mỗi phân tử ADN bao gồm các vùng chứa các gene cấu trúc, những vùng điều hòa biểu hiện gene, và những vùng không mang chức năng, hoặc có thể khoa học hiện nay chưa biết rõ gọi là junk ADN;
Cấu trúc phân tử ADN được cấu thành gồm 2 chuỗi có thành phần bổ sung cho nhau từ đầu đến cuối. Hai chuỗi này được giữ vững cấu trúc bằng những liên kết hoá học. Các liên kết này khi bị cắt sẽ làm phân tử ADN tách rời 2 chuỗi tương tự như khi ta kéo chiếc phéc mơ tuya;
Về mặt hoá học, các ADN được cấu thành từ những viên gạch, gọi là nucleotide,viết tắt là Nu. Do các Nu chi khác nhau ở base (1Nu = 1 Desoxyribose + 1 phosphate + 1 base),nên tên gọi của Nu cũng là tên của base mà nó mang. Chỉ có 4 loại gạch cơ bản là A, T, X, và G;
Mỗi base trên 1 chuỗi chỉ có thể bắt cặp với 1 loại base nhất định trên chuỗi kia theo một quy luật chung cho mọi sinh vật. VD theo quy luật, một "A" ở chuỗi của phân tử ADN sợi kép sẽ chỉ liên kết đúng với một "T" ở chuỗi kia.(Nguyên tắc bổ sung)
Trật tự các base dọc theo chiều dài của chuỗi ADN gọi là trình tự, trình tự này rất quan trọng vì nó chính là mật mã nói lên đặc điểm hình thái của sinh vật. Tuy nhiên, vì mỗi loại base chỉ có khả năng kết hợp với 1 loại base trên sợi kia, cho nên chỉ cần trình tự base của 1 chuỗi là đã đại diện cho cả phân tử ADN.
Khi ADN tự nhân đôi, 2 chuỗi của ADN mạch kép trước tiên được tách đôi nhờ sự hỗ trợ của một số protein chuyên trách. Mỗi chuỗi ADN sau khi tách ra sẽ thực hiện việc tái tạo một chuỗi đơn mới phù hợp bằng cách mỗi base trên chuỗi gốc sẽ chọn loại base tương ứng (đang nằm tự do trong môi trường xung quanh) theo quy luật như trên. Do đó, sau khi nhân đôi, 2 phân tử ADN mới (mỗi phân tử chứa một chuỗi cũ và một chuỗi mới) đều giống hệt trình tự nhau nếu như không có đột biến xảy ra.
Đột biến hiểu đơn giản là hậu quả của những sai sót hoá học trong quá trình nhân đôi. Bằng cách nào đó, một base đã bị bỏ qua, chèn thêm, bị sao chép nhầm hay có thể chuỗi ADN bị đứt gẫy hoặc gắn với chuỗi ADN khác. Về mặt cơ bản, sự xuất hiện những đột biến này là ngẫu nhiên và xác suất rất thấp.
Phân tử ADN được coi là "cơ sở vật chất của tính di truyền ở cấp độ phân tử" (molecule of heredity). Tuy nhiên, thực chất về mặt cấu tạo, các ADN không phải một phân tử đơn thuần mà nó được tạo thành từ hai chuỗi polynucleotide, chúng liên kết với nhau và uốn quanh 1 trục tương tự 1 chiếc thang dây xoắn. Cấu trúc này được gọi là cấu trúc xoắn kép (double helix) (xem hình minh hoạ).
Mỗi chuỗi polynucleotide chính là do các phân tử nucleotide liên kết với nhau thông qua liên kết phosphodieste giữa gốc đường của nucleotide này với gốc phosphate của nucleotide tiếp theo. Tóm lại, ADN là các đại phân tử (polymer) mà các đơn phân (monomer) là các nucleotide.
Mỗi nucleotide được tạo thành từ một phân tử đường ribose, một gốc phosphate và một bazơ nitơ (nucleobase). Trong ADN chỉ có 4 loại nucleotide và những loại này khác nhau ở thành phần nucleobase. Do đó tên gọi của các loại nucleotide xuất phát từ gốc nucleobase mà nó mang: adenine (A), thymine (T), Cytosine (C), và guanine (G). Trong đó, A và G là các purine (có kích thước lớn) còn T và X, có kích thước nhỏ hơn (pyrimidine).
Trong môi trường dịch thể, 2 chuỗi polynucleotide của 1 phân tử ADN liên kết với nhau bằng liên kết hiđrô. Liên kết này được tạo ra giữa 2 gốc nucleobase của 2 nucleotide đối diện nhau trên 2 chuỗi, tương tự như những bậc thang trên 1 chiếc thang dây.
Do cấu tạo hoá học của các nucleobase mà liên kết hydro chỉ hình thành giữa 2 loại nucleobase nhất định là A với T (qua 2 liên kết hydro) và C với G (bằng 3 liên kết hydro). Đó thực chất là liên kết giữa một purine và 1 pyrimidine nên khoảng cách tương đối giữa 2 chuỗi polynucleotide được giữ vững. Nguyên tắc hình thành liên kết trên được gọi là nguyên tắc bổ sung và nó phổ biến trên mọi loài sinh vật.
Trong tế bào, dưới tác dụng của một số protein đặc hiệu, 2 chuỗi của phân tử ADN có thể tách nhau ra (còn gọi là biến tính ADN) do các liên kết hydro bị cắt đứt. Khi đó, các nucleotide trên mỗi chuỗi có thể tạo thành liên kết với các nucleotide tự do trong môi trường nội bào. Kết quả của quá trình này là tạo thành 2 phân tử ADN giống hệt nhau từ 1 phân tử ADN ban đầu. Đây cũng chính là nguồn gốc của đặc tính di truyền của sinh vật. Các nhà khoa học có thể thực hiện quá trình tự nhân đôi này trong ống nghiệm gọi là kỹ thuật PCR. Nếu sự bắt cặp giữa nucleotide chuỗi gốc với nucleotide không tuân theo nguyên tắc bổ sung thì sẽ tạo thành đột biến là nguồn gốc của hiện tượng biến dị.
Tại các gene trên 1 chuỗi (mạch) phân tử ADN, trật tự sắp xếp các nucleotide tạo thành trình tự của gene. Dựa trên thông tin từ trình tự này, các RNA thông tin được tạo ra thông qua quá trình phiên mã. Và rồi từ các RNA thông tin tế bào sẽ tổng hợp các protein qua quá trình dịch mã tại các thời điểm nhất định của cuộc đời. Mỗi quan hệ giữa trình tự gene với trình tự của các amino acid trên protein được gọi là mã di truyền (một dạng mật mã chung cho mọi sinh vật). Thực chất, ba nucleotide liên tiếp (gọi là một bộ ba hay một codon) trên gene sẽ thông qua những bộ ba tương ứng ở RNA thông tin và RNA vận chuyển mà quy định cho một loại amino acid nhất định (có khoảng 20 loại amino acid khác nhau). Một loại amino acid có thể được quy định bởi một số codon, tuy nhiên mỗi codon chỉ mã hoá cho một loại amino acid. Có 3 codon không mã hoá cho amino acid mà là tín hiệu kết thúc vùng mã hoá (gọi là mã kết thúc.
Ở nhiều loài sinh vật, chỉ có một phần nhỏ trình tự của bộ gene (genome) là dùng để mã hoá protein (gen cấu trúc). Chức năng của phần còn lại là vẫn còn đang được giả định. Thực chất, một số vùng ADN có khả năng bám với protein liên kết ADN, vùng này (gọi là vùng điều hoà) điều khiển quá trình nhân đôi và phiên mã có vai trò cực kỳ quan trọng. Cho tới nay, các nhà khoa học mới chỉ có thể xác định một phần nhỏ vùng điều hoà trên genome. Phần genome còn lại mà chúng ta chưa biết được chức năng gọi là vùng ADN bí ẩn (junk ADN).
Trình tự của ADN cũng xác định khả năng và vị trí mà ADN có thể bị phân huỷ bởi các enzyme giới hạn, một công cụ quan trọng của ngành kỹ thuật di truyền. Bản đồ các khả năng và vị trí cắt trên ADN genome có thể sử dụng như là dấu vân tay của mỗi cá thể nhất định và được ứng dụng trong kỹ thuật vân tay ADN (ADN fingerprinting).
Quá trình tự nhân đôi ADN hay tổng hợp ADN là một cơ chế sao chép các phân tử ADN mạch kép trước mỗi lần phân bào. Kết quả của quá trình này là tạo ra hai phân tử ADN gần như giống nhau hoàn toàn, chỉ sai khác với tần số rất thấp (thông thường dưới 1 phần vạn, xem thêm đột biến). Có được như vậy là do cơ chế nhân đôi thực hiện dựa trên nguyên tắc bổ sung, và tế bào có hệ thống tìm kiếm và sửa chữa các sai hỏng ADN hoạt động hiệu quả.
Trong quá trình tự nhân đôi, ADN được tổng hợp theo một chiều duy nhất là chiều từ 5' đến 3'; đồng thời, một đoạn ADN được tổng hợp liên tục, còn một đoạn được tổng hợp theo từng đoạn Okazaki rồi nối lại với nhau.
Trong các phân tử ADN xoắn kép mới tổng hợp thì có 1 chuỗi là từ ADN ban đầu còn chuỗi kia được tổng hợp từ các thành phần của môi trường nội bào, đó là nội dung của nguyên tắc bán bảo toàn.
Chiều ngang nhỏ bé của chuỗi xoắn kép làm nó không thể được tìm ra bởi kính hiển vi điện tử thông thường, trừ khi được nhuộm màu thật đậm. Cùng lúc đó, ADN tìm thấy trong một số tế bào có thể đạt chiều dài ở cấp vĩ mô -- xấp xỉ 5 centimetre trong nhiễm sắc thể của người.Do đó, tế bào phải nén hay "đóng gói" ADN để có thể mang nó. Đó là một trong những chức năng của nhiễm sắc thể khi nó chứa những protein hình ống tên histone xung quanh dải ADN. Nhiễm sắc thể sẽ quấn quanh protein histone này làm ADN có chiều dài "gọn hơn".
bảng so sánh ADN
Phát hiện ADN là vật thể chứa đựng thông tin di truyền là một quá trình tiếp nối các đóng góp và phát hiện trước đó. Sự tồn tại của ADN được phát hiện vào giữa thế kỷ 19. Tuy nhiên, mãi đến đầu thế kỷ 20, các nhà khoa học mới bắt đầu đặt giả thuyết rằng ADN có thể chứa đựng thông tin di truyền. Giả thuyết này chỉ được tán đồng sau khi Watson và Crick làm sáng tỏ về cấu trúc của ADN vào năm 1953 trong bài báo của họ (đăng trên tạp chí Nature). Watson và Crick đã đề cử nguyên lý trung tâm về sinh học phân tử vào năm 1957, miêu tả quá trình tạo ra các phân tử protein từ ADN.
Vào thế kỷ thứ 19, các nhà sinh hóa ban đầu cô lập được hỗn hợp của ADN và ARN trong nhân tế bào và nhanh chóng nhận ra bản chất đa phân của các chất này. Sau đó ít lâu, người ta tiếp tục phát hiện ra các nucleotide có 2 loại - một chứa đường ribose và một chứa deoxyribose, từ đó, nhận biết và định danh ADN riêng biệt với ARN.
Friedrich Miescher (1844-1895) đã phát hiện ra một chất (mà ông gọi riêng là nuclein vào năm 1869). Sau đó, ông cô lập được một mẫu vật tinh sạch của chất nay gọi là ADN từ tinh trùng cá hồi và năm 1889 một học trò của ông, Richard Altmann, đặt tên chất đó là "acid nucleic" (chỉ được tìm thấy tồn tại trong nhiễm sắc thể)
Vào những năm 1950, chỉ một số ít các nhóm đặt ra mục tiêu xác định cấu trúc ADN, bao gồm nhóm các nhà khoa học Mỹ (dẫn đầu là Linus Pauling,và 2 nhóm các nhà khoa học Anh. Tại Đại học Cambridge, Crick và Watson đang xây dựng mô hình vật lý bằng các thanh kim loại và những quả bóng đại diện cho cấu trúc hóa học của nucleotide và các liên kết trong đa phân. Tại trường King, London, Maurice Wilkins và Rosalind Franklin kiểm tra các mẫu nhiễu xạ tia X tinh thể của sợi ADN. Trong 3 nhóm nói trên, chỉ có nhóm London có thể có các kết quả nhiễu xạ chất lượng tốt và do vậy, có thể cung cấp đầy đủ thông tin có giá trị định lượng vầ cấu trúc phân tử.
