DNA (thuat ngu tieng Anh: deoxyribonucleic acid,  ) hay ADN (tieng Viet goi la acid deoxyribonucleic, nguon goc tu tieng Phap: acide desoxyribonucleique) la phan tu mang thong tin di truyen quy đinh moi hoat đong song (sinh truong, phat trien va sinh san) cua cac sinh vat va nhieu loai virus. DNA va RNA la nhung acid nucleic, cung voi protein, lipid va carbohydrate cao phan tu (polysaccharide) đeu la nhung đai phan tu sinh hoc chinh co vai tro quan trong thiet yeu đoi voi moi dang song đuoc biet đen. Phan lon cac phan tu DNA đuoc cau tao tu hai mach polymer sinh hoc xoan đeu quanh mot truc tuong tuong tao thanh chuoi xoan kep.
Hai mach DNA nay đuoc goi la cac polynucleotide vi thanh phan cua chung bao gom cac đon phan nucleotide.                  Moi nucleotide đuoc cau tao tu mot trong bon loai nucleobase chua nitrogen—hoac la cytosine (C, o Viet Nam con viet la xitozin, viet tat X), guanine (G), adenine (A), hay thymine (T)—lien ket voi đuong deoxyribose va mot nhom phosphate. Cac nucleotide lien ket voi nhau thanh mot mach DNA bang lien ket phosphodiester (lien ket cong hoa tri) giua phan tu đuong cua nucleotide voi nhom phosphate cua nucleotide tiep theo, tao thanh "khung xuong song" đuong-phosphate luan phien vung chac.
Nhung base nito giua hai mach đon polynucleotide lien ket voi nhau theo nguyen tac bo sung (A lien ket voi T, va C lien ket voi G) thong qua cac moi lien ket hydrogen đe tao nen chuoi DNA mach kep. Tong so luong cap base lien quan toi DNA tren Trai Đat uoc tinh bang 5,0 x 1037, va nang khoang 50 ty tan. Đe so sanh, tong khoi luong cua sinh quyen xap xi bang 4 nghin ty tan carbon.
DNA luu tru thong tin sinh hoc, cac ma di truyen đen cac the he tiep theo va đe chi dan cho qua trinh sinh tong hop protein. Mach đon DNA co lien ket hoa hoc vung chac chong lai su phan cat, va hai mach đon cua chuoi xoan kep luu tru thong tin sinh hoc nhu nhau. Thong tin nay đuoc sao chep nho su phan tach hai mach đon. Mot ty le đang ke DNA (hon 98% o nguoi) la cac đoan DNA khong ma hoa (non-coding), nghia la nhung vung nay khong giu vai tro mach khuon đe xac đinh trinh tu protein thong qua cac qua trinh phien ma, dich ma.
Hai mach DNA chay song song theo hai huong nguoc nhau. Gan voi moi phan tu đuong la mot trong bon loai nucleobase (hay cac base). Thong tin di truyen đuoc ma hoa boi trinh tu cua bon nucleobase gan tren moi mach đon. Nhung mach RNA đuoc tong hop tu nhung khuon mau la mach goc cua DNA trong qua trinh phien ma. Va duoi su chi dan cua ma di truyen, phan tu RNA tiep tuc đuoc dien dich đe xac đinh trinh tu cac amino acid o cau truc protein trong qua trinh dich ma.
DNA o te bao nhan thuc (đong vat, thuc vat, nam va nguyen sinh vat) đuoc luu tru ben trong nhan te bao va mot so bao quan, nhu ty the hoac luc lap. Nguoc lai, o sinh vat nhan so (vi khuan va vi khuan co), do khong co nhan te bao, DNA nam trong te bao chat. Ben trong te bao, DNA to chuc thanh nhung cau truc dai goi la nhiem sac the (chromosome). Trong giai đoan phan bao cac nhiem sac the hinh thanh đuoc nhan đoi bang co che nhan đoi DNA, mang lai cho moi te bao co mot bo nhiem sac the hoan chinh nhu nhau. O nhiem sac the sinh vat nhan thuc, nhung protein chat nhiem sac (chromatin) nhu histone giup that chat va to chuc cau truc DNA. Chinh cau truc that chat nay se quan ly su tuong tac giua DNA voi cac protein khac, quy đinh vung nao cua DNA se đuoc phien ma.
Friedrich Miescher đa co lap đuoc DNA lan đau tien vao nam 1869. Francis Crick va James Watson nhan ra cau truc phan tu chuoi xoan kep cua no vao nam 1953, dua tren mo hinh xay dung tu du lieu thu thap qua anh chup nhieu xa tia X do Rosalind Franklin thuc hien. DNA tro thanh mot cong cu phan tu giup cac nha nghien cuu kham pha cac ly thuyet va đinh luat vat ly sinh hoc, nhu đinh ly ergodic va ly thuyet đan hoi. Nhung tinh chat vat lieu đoc đao cua DNA bien no tro thanh phan tu huu ich đoi voi cac nha khoa hoc vat lieu quan tam trong linh vuc che tao vat lieu co micro va nano, nhu trong cong nghe nano DNA. Cac tien bo trong linh vuc nay bao gom phuong phap origami DNA va vat lieu lai dua tren DNA.


Cau truc DNA la mot polymer dai cau tao boi cac đon phan nucleotide lap lai. Cau truc DNA cua moi loai la đong khong phai la tinh. Hai mach polynucleotide lien ket voi nhau bang lien ket hydro, xoan đeu quanh mot truc tuong tuong theo chieu tu trai sang phai (xoan phai), moi chu ky xoan (gom 10 cap nucleotide) dai 34 angstrom (3,4 nm) va co ban kinh 10 angstrom (1,0 nm). Theo mot nghien cuu, khi đo đac trong mot dung dich, chuoi phan tu DNA rong 22–26 A (2,2–2,6 nm, va mot đon phan nucleotide dai 3,3 A (0,33 nm). Du cho moi đon vi lap lai co kich thuoc rat nho, polymer DNA van la nhung phan tu rat lon chua hang trieu nucleotide. Vi du, DNA trong nhiem sac the lon nhat o nguoi, nhiem sac the so 1, chua xap xi 220 trieu cap base va dai đen 85 mm neu đuoc duoi thang.

DNA thuong khong la mot chuoi đon le, ma thay vao đo la cap chuoi lien ket chat che voi nhau. Hai mach dai nay quan gan ket voi nhau. Mot nucleobase lien ket voi mot phan tu đuong tao thanh cau truc goi la nucleoside, va mot base lien ket voi mot phan tu đuong va mot hoac nhieu nhom phosphat goi la nucleotide (nucleotide trong DNA va RNA la loai nucleotide chi mang mot nhom phosphate). Mach polymer chua nhieu nucleotide lien ket voi nhau (nhu trong DNA) đuoc goi la polynucleotide.
Khung xuong chinh cua mach DNA tao nen tu cac nhom phosphat va phan tu đuong xen ke nhau. Phan tu đuong trong DNA la 2-deoxyribose, la đuong pentose (5 carbon). Cac phan tu đuong lien ket voi cac nhom phosphat tao thanh lien ket phosphodiester giua nguyen tu carbon thu 3 voi nguyen tu carbon thu 5 tren hai mach vong cua hai phan tu đuong lien ke. Lien ket bat đoi xung nay cho phep xac đinh huong chay cua mach đon DNA. Xem xet gan hon tren mot chuoi xoan kep, nguoi ta nhan thay cac nucleotide huong theo mot chieu tren mot mach va theo chieu nguoc lai tren mach kia, goi la: hai mach huong nguoc chieu nhau hay đoi song song (antiparallel). Cac đau khong đoi xung ket thuc cua chuoi DNA la đau 5′ (nam phay) va đau 3′ (ba phay), voi đau 5′ ket thuc boi nhom phosphate va đau 3′ ket thuc boi nhom hydroxyl (OH). Su khac nhau chu yeu giua DNA va RNA la o phan tu đuong, voi đuong 2-deoxyribose trong DNA đuoc thay the boi đuong ribose trong RNA.

Chuoi xoan kep DNA đuoc on đinh boi hai luc lien ket chinh: lien ket hydro giua cac nucleotide cua hai mach va tuong tac xep chong (base-stacking) giua cac base nito. Bon base trong DNA la adenine (A), cytosine (C, o Viet Nam con viet la xitozin, viet tat X), guanine (G) va thymine (T). Bon base nay gan voi nhom đuong/phosphat đe tao thanh nucleotide hoan chinh, nhu adenosine monophosphate. Adenine ghep cap voi thymine va guanine ghep cap voi cytosine, ky hieu bang cac cap base A-T va G-C.


= Phan loai nucleobase =
Nucleobase đuoc phan thanh hai loai: purine, gom adenine (A) va guanine (G), la hop chat di vong 5 va 6 canh hop nhat; va pyrimidine, gom cytosine (C) va thymine (T), co vong 6 canh C va T. Nucleobase pyrimidine thu nam la uracil (U), thuong thay the thymine (T) trong RNA va khac voi thymine la thieu đi nhom methyl (–CH3) tren vong. Ngoai RNA va DNA, mot so luong lon chat tuong tu acid nucleic nhan tao đuoc tao ra đe nghien cuu cac tinh chat cua acid nucleic, hoac su dung trong cong nghe sinh hoc.
Uracil thuong khong co o DNA, ma thay vao đo la thymine. Tuy nhien, o mot so thuc khuan the nhu: thuc khuan the o Bacillus subtilis PBS1 va PBS2 va thuc khuan Yersinia piR1-37, thi thymine đuoc thay bang uracil. Mot thuc khuan the khac - the Staphylococcal S6 - đuoc phat hien voi bo gene ma thymine thay bang uracil.
Base J (beta-d-glucopyranosyloxymethyluracil), mot dang tinh chinh cua uracil, cung xuat hien o mot so sinh vat: trung roi Diplonema va Euglena, va moi nhom Kinetoplastida. Sinh tong hop base J dien ra theo hai buoc: buoc thu nhat mot thymidine xac đinh trong DNA đuoc bien đoi thanh hydroxymethyldeoxyuridine (HOMedU); buoc thu hai HOMedU đuoc glycosyl hoa thanh base J. Cac nha khoa hoc cung kham pha ra nhung protein đuoc tong hop tu base nay. Nhung protein nay duong nhu co ho hang xa voi gene gay ung thu (oncogene) Tet1 ma tham gia vao qua trinh phat sinh benh bach cau myeloid cap tinh. Base J cung đong vai tro lam tin hieu ket thuc cho enzyme RNA polymerase II.


= Ranh DNA =
Hai mach đon xoan đoi vao nhau tao thanh bo khung cho DNA. O chuoi xoan kep nay co the xuat hien nhung khoang trong nam cach nhau giua hai mach goi la cac ranh (groove). Nhung ranh nay nam lien ke voi cac cap base va co the hinh thanh mot điem bam (binding site). Vi hai mach đon khong đoi xung nhau nen dan đen cac ranh co kich thuoc khong đeu, trong đo ranh lon (major groove) rong 22 A va ranh nho (minor groove) rong 12 A. Đo rong cua ranh giup cho cac canh cua base tro nen de tiep can hon trong ranh lon so voi ranh nho. Ket qua la, cac protein cua cac nhan to phien ma ma lien ket voi nhung đoan trinh tu cu the trong chuoi xoan kep DNA thuong thuc hien bang viec tiep xuc voi cac canh cua cac base o ranh lon. Tinh huong nay thay đoi đa dang tuy theo hinh dang bat thuong cua DNA ben trong te bao (xem o duoi), nhung cac ranh lon va ranh nho luon luon đuoc đat ten đe phan anh su khac nhau ve kich thuoc đo đuoc neu DNA van xoan tro ve dang B thuong gap.


= Cap base =

Trong chuoi xoan kep DNA, moi loai nucleobase tren mot mach chi lien ket voi mot loai nucleobase tren mach kia. Đay đuoc goi la nguyen tac bat cap bo sung. O đay, purine tao lien ket hydro voi pyrimidine, trong đo adenine chi lien ket voi thymine bang hai lien ket hydro, va cytosine chi lien ket voi guanine bang ba lien ket hydro. Su sap xep giua hai nucleotide lien ket voi nhau qua chuoi xoan kep goi la cap base Watson-Crick. DNA co cap nhieu G-C on đinh hon DNA co it cap G-C. Cap base Hoogsteen la mot dang bien the hiem gap cua viec bat cap bo sung. Vi lien ket hydro khong phai la lien ket cong hoa tri, nen co the bi đut gay va lien ket lai tuong đoi de dang. Hai mach cua DNA trong chuoi xoan kep do vay co the tach roi nhau bang luc co hoc hoac bang nhiet đo cao, giong nhu khoa keo. He qua cua nguyen tac bat cap bo sung nay la moi thong tin trong trinh tu chuoi xoan kep DNA đuoc lap lai o moi mach, va co vai tro quan trong trong qua trinh nhan đoi DNA. Su tuong tac đac hieu va co the hoi phuc nay giua cac cap bazo bo sung la toi quan trong đoi voi moi chuc nang cua DNA trong sinh vat.


= ssDNA va dsDNA =
Nhu đa noi o tren, hau het phan tu DNA bao gom hai mach polymer, lien ket thanh dang xoan kep bang lien ket hydro khong phai la lien ket cong hoa tri; cau truc mach kep (dsDNA - double stranded DNA) đuoc duy tri chu yeu boi tuong tac xep chong base, manh nhat la xep chong G,C. Hai mach co the tach roi—qua trinh goi la su nong chay—tao thanh hai phan tu DNA mach đon (ssDNA - single-stranded DNA). Su tach roi xay ra o nhiet đo cao, đo man thap va đo pH cao (đo pH thap cung lam tach DNA, nhung vi DNA khong on đinh do qua trinh khu purine, do đo đo pH thap it khi đuoc su dung).
Su on đinh cua dang mach kep dsDNA khong chi phu thuoc vao thanh phan G-C (ty le % cap base G-C) ma con phu thuoc vao trinh tu cac base va đo dai (phan tu cang dai thi cang on đinh). Đo on đinh đuoc đo bang nhieu cach khac nhau; cach pho bien la đua phan tu đat toi nhiet đo nong chay (con goi la gia tri Tm), đo la nhiet đo ma tai đay khoang 50% so phan tu mach kep bien đoi thanh phan tu mach đon; nhiet đo nong chay phu thuoc vao cuong đo ion va nong đo DNA. Do vay, ca ty le phan tram so cap base G-C va chieu dai tong the cua chuoi xoan kep DNA xac đinh nen cuong đo lien ket giua hai mach DNA. Nhung chuoi xoan kep DNA dai co nhieu cap G-C co tuong tac giua hai mach manh hon so voi nhung chuoi xoan kep ngan voi thanh phan nhieu A-T. Trong hoat đong sinh hoc, co nhung phan cua chuoi xoan kep DNA de dang tach roi, vi du nhu Pribnow box TATAAT o mot so vung khoi đong (promoter), co xu huong chua nhieu thanh phan A-T, khien cho cac mach co the tach roi de dang.
Trong phong thi nghiem, cuong đo cua tuong tac nay co the đo bang cach tim ra nhiet đo nong chay Tm can thiet đe phan tach mot nua lien ket hydro giua hai mach. Khi tat ca cac cap base nong chay, hai mach cua chuoi DNA se tach roi va ton tai trong dung dich nhu 2 phan tu hoan toan đoc lap. Nhung phan tu mach đon DNA khong co hinh dang chung, nhung mot so cau truc on đinh hon cau truc khac.


= Co nghia va đoi nghia =

Mot trinh tu DNA goi la "co nghia" (sense) neu trinh tu cua no giong voi trinh tu cua ban sao RNA thong tin dung đe dich ma thanh protein. Khi đo, trinh tu tren mach bo sung con lai đuoc goi la trinh tu "đoi nghia" (antisense). Ca trinh tu co nghia va đoi nghia co the ton tai tren cac đoan khac nhau cua cung mot mach đon DNA (tuc la ca hai mach co the chua ca trinh tu co nghia lan đoi nghia). O te bao nhan thuc va nhan so, cac trinh tu RNA đoi nghia đeu đuoc tao ra, nhung chuc nang cua nhung RNA nay van chua đuoc hieu ro hoan toan. Co đe xuat cho rang cac RNA đoi nghia co kha nang tham gia vao hoat đong đieu hoa bieu hien gene thong qua su bo sung base RNA-RNA.
Mot vai trinh tu DNA o sinh vat nhan thuc va nhan so, va hay gap hon o plasmid va virus, xoa nhoa su khac biet giua nhung mach co nghia va đoi nghia do co su hien dien cua cac gene chong lop (overlapping gene). Trong truong hop nay, mot so trinh tu DNA đam nhan đen hai trach nhiem, ma hoa cho mot protein khi đoc doc theo mot mach, va ma hoa protein thu hai khi đoc theo huong nguoc lai doc theo mach kia. Trong vi khuan, su chong lop nay co the tac đong đen qua trinh đieu hoa phien ma gene, trong khi o virus, cac gene chong lop lai lam tang luong thong tin đuoc ma hoa ben trong bo gene nho be cua virus.


= DNA sieu xoan =

DNA co the xoan lai tua nhu mot soi day thung theo mot tien trinh goi la DNA sieu xoan (DNA supercoiling). Voi DNA o trang thai "binh thuong", mot mach thuong xoan đeu quanh truc tuong tuong cua chuoi xoan kep theo tung đoan ngan mang khoang 10,4 cap base, nhung neu DNA bi van xoan thi cac mach co the tro nen siet chat hon hoac long leo hon. Neu DNA bi xoan theo huong cua chuoi xoan kep, hay sieu xoan thuan (positive supercoiling), thi cac base giu chat voi nhau hon. Con neu DNA bi xoan nguoc huong voi chuoi xoan kep, hay sieu xoan nghich (negative supercoiling), thi cac base phan tach de dang hon. Trong tu nhien, hau het DNA trong te bao đeu o trang thai gan sieu xoan nghich do chiu su tac đong cua nhom enzyme co ten goi topoisomerase. Nhung enzyme nay cung can thiet đe thao xoan cac mach DNA trong nhung qua trinh nhu phien ma va nhan đoi DNA.


= Mo hinh cau truc DNA khac =

DNA ton tai o nhieu cau truc, trong đo bao gom dang A, B, va Z, the nhung chi co cau truc B va Z la truc tiep quan sat thay trong nhung sinh vat chuc nang. Cau truc DNA tuong ung phu thuoc vao muc đo hydrat hoa, trinh tu DNA, so luong va chieu huong sieu xoan, cac tu sua hoa hoc tren base, loai va ham luong ion kim loai, cung nhu su hien huu cua polyamin trong dung dich.
Bao cao đau tien ve cac mau nhieu xa tia X cua dang A va B—ho su dung phuong phap phan tich dua tren ham Patterson chi cung cap mot luong thong tin gioi han ve cau truc cua cac soi đinh huong DNA (oriented fibers). Mot phan tich khac, do Wilkins cung cong su (et al.) đe xuong vao nam 1953, cho biet cac mau nhieu xa tia X in vivo DNA dang B cua cac soi DNA hydrat hoa cao tuan theo binh phuong ham Bessel. Trong cung tap chi, James Watson va Francis Crick trinh bay phan tich mo hinh phan tu DNA cua ho cac mau nhieu xa tia X va goi y rang cau truc cua DNA la chuoi xoan kep.
Dang B la cau truc pho bien nhat tim thay duoi nhung đieu kien cua te bao song, ton tai o trang thai gan giong tinh the (paracrystalline state), đo la cau truc đong mac du tinh tuong đoi cung cua chuoi xoan kep DNA đuoc giu on đinh boi lien ket hydro giua cac base. Đe đon gian, hau het nhung mo hinh phan tu DNA đeu bo qua lien ket đong luc cua nuoc va cac ion đoi voi phan tu dang B, va do đo it huu ich khi dung cac mo hinh nay đe hieu cach hoat đong cua dang B trong te bao song o trang thai binh thuong (in vivo). Phan tich vat ly va toan hoc cua anh chup tia X cung nhu du lieu quang pho thu đuoc cho dang B tien tinh the (paracrystalline), do vay phuc tap hon so voi du lieu nhieu xa tia X cua anh chup dang A.
So voi dang B, dang A xoan oc theo chieu tay phai rong hon, co ranh nho nong va rong, trong khi ranh lon sau hon va hep hon. Dang A thuong xuat hien duoi cac đieu kien phi sinh ly trong cac mau DNA khu nuoc mot phan, trong khi o te bao no co the o dang lai ghep 2 mach đon DNA voi mach đon RNA, cung nhu trong phuc he enzym-DNA. O đoan DNA noi cac base đa bi tu sua ve mat hoa hoc bang qua trinh methyl hoa co the trai qua su thay đoi lon ve hinh dang cau truc va tro thanh dang Z. O cau truc nay hai mach xoan quanh truc theo chieu tay trai, nguoc chieu voi huong cua dang B pho bien. Nhung cau truc bat thuong nay co the nhan ra bang loai protein đac hieu lien ket voi DNA dang Z va co the tham gia vao qua trinh đieu hoa phien ma.


= DNA co thanh phan hoa hoc thay the =
Trong mot vai nam, cac nha sinh hoc vu tru đa đe xuat ve mot sinh quyen bong toi (shadow biosphere), mot sinh quyen vi sinh vat gia thuyet ton tai tren Trai Đat ma su dung cac qua trinh phan tu va hoa hoc khac can ban so voi nhung gi đa biet ve su song hien tai. Mot trong cac đe xuat đo la su ton tai cua dang sinh vat song ma nguyen tu asen thay cho phospho trong DNA. Mot bao cao nam 2010 cho thay kha nang nay co mat trong vi khuan GFAJ-1, mac du đa co nhung tranh cai, va cuoi cung nam 2012 mot bao cao khac neu ra bang chung cho thay cac vi khuan nay chu đong ngan khong cho asen ket hop vao bo khung DNA cua no va nhung phan tu sinh hoc khac.


= Cau truc 4 soi =

Tai đau mut cua moi nhiem sac the tuyen tinh co nhung vung chuyen biet cua DNA goi la telomere. Chuc nang chinh cua cac vung nay đo la cho phep te bao tai ban cac đau mut nhiem sac the bang cach su dung enzym telomerase, boi vi binh thuong cac enzym tai ban DNA khong the nhan đoi đau cuc 3′ cua nhiem sac the. Nhung đau mu đac hieu nay cua nhiem sac the cung giup bao ve đau cuc cua DNA bi rut ngan, va ngan he thong sua chua DNA trong te bao coi DNA bi hong can đuoc sua chua. Trong te bao nguoi, cac telomere thuong la nhung đoan mach đon DNA chua vai nghin trinh tu TTAGGG lap đi lap lai đon gian.

Cac trinh tu giau guanine giu on đinh đau mut cua nhiem sac the bang cach hinh thanh nen cau truc gom nhung đon vi bon base xep chong, hon la bat cap bo sung tim thay o cac phan tu DNA khac. O đay, bon base, đuoc goi la 4 guanin tetrad, tao thanh mot tam phang. Sau đo, bo 4 base phang nay xep chong lan nhau hinh thanh nen cau truc G-quadruplex (cau truc 4 soi) on đinh. Cau truc nay đuoc on đinh boi lien ket hydro va chelat hoa ion kim loai nam o trung tam cua moi đon vi bon base. Nhung cau truc khac cung co the ton tai, trung tam cua bo bon base đen tu mot mach đon uon quanh cac base, hoac la mot vai mach song song voi nhau, trong đo moi mach đeu đong gop mot base vao cau truc trung tam.
Ben canh cau truc xep chong, telomere cung tao thanh cau truc dang vong lon goi la telomere loop, hay T-loop. Trong cau truc nay, DNA mach đon cuon quanh thanh mot vong tron dai đuoc on đinh boi cac protein lien ket voi telomere. Tai đau mut cua T-loop, DNA telomere mach đon đuoc cho vao mot vung bao boi DNA mach kep bang mach telomere phan tach DNA mach kep va bat cap bo sung voi mot trong hai mach. Cau truc mach ba nay (triple-stranded) đuoc goi la vong 3 soi (displacement loop) hay D-loop.


= DNA phan nhanh =

O chuoi xoan kep DNA, hien tuong son tuoc đau mut xuat hien khi nhung đoan khong đuoc bo sung hien dien tai đau mut cua DNA mach kep. Qua đo, DNA phan nhanh co the hinh thanh neu co mot mach DNA thu ba xuat hien va mang nhung đoan moi lien hop voi đoan khong đuoc bo sung cua chuoi xoan kep đa bi son tuoc truoc đo. Dang đon gian nhat cua DNA phan nhanh chi bao gom ba mach DNA, tat nhien la co the ton tai them nhieu nhanh phuc tap khac. DNA phan nhanh đuoc ung dung trong cong nghe nano đe lap rap nhung cau hinh phan tu mong muon.


Tu sua base va trinh tu cua DNA = Tu sua base va bao goi DNA =

Bieu hien cua gene chiu anh huong boi phuong cach đong goi DNA trong nhiem sac the, thanh mot cau truc goi la chat nhiem sac (chromatin). Nhung tac đong chinh sua base co the xay ra trong qua trinh đong goi, voi cac vung khong co hoac co muc bieu hien gene thap thong thuong chua cac base cytosine o muc methyl hoa cao. Su đong goi DNA va anh huong cua no len bieu hien gene cung xay ra boi hieu ung thay đoi lien ket cong hoa tri tai loi protein histone boc quanh DNA trong cau truc chat nhiem sac hoac boi phuc he chat nhiem sac tai mo hinh hoa (xem Tai mo hinh hoa chat nhiem sac (chromatin remodeling)). Do vay, tac đong xen lan giua methyl hoa DNA va thay đoi lien ket o histone co anh huong phoi hop đen chat nhiem sac va bieu hien gene.
Vi du, su methyl hoa cytosine, tao ra 5-methylcytosine, co vai tro quan trong đoi voi su bat hoat X cua nhiem sac the (X-inactivation). Muc đo methyl hoa trung binh thay đoi theo moi sinh vat – giun tron Caenorhabditis elegans khong co phan ung methyl hoa cytosine, trong khi o đong vat co xuong song co muc đo cao hon, len toi 1% luong DNA chua 5-methylcytosine. Tuy 5-methylcytosine co vai tro quan trong, nhung no van co the bi khu amin hoa đe chuyen thanh base thymine, do đo cytosine methyl hoa co khuynh huong gay đot bien. Nhung thay đoi base khac bao gom su methyl hoa adenine o vi khuan, su hien dien cua 5-hydroxymethylcytosine trong nao, va su glycosyl hoa cua uracil tao thanh "Base J" trong cac loai Kinetoplastida.


= Hu hai =

DNA co the bi hu hai boi nhieu tac nhan đot bien, lam thay đoi trinh tu DNA. Nhung tac nhan đot bien bao gom cac chat oxy hoa, ankyl hoa voi ca buc xa đien tu nang luong cao nhu tia cuc tim va tia X. Loai hu hai DNA đuoc tao ra phu thuoc vao loai tac nhan đot bien. Vi du, tia UV co the pha huy DNA bang cach tao ra dimer thymine, nghia la lien ket cheo giua cac base cua pyrimidine voi nhau. Mat khac, nhung tac nhan oxy hoa nhu goc tu do hay hydro peroxide tao ra nhieu dang hu hai, bao gom tu sua base, đac biet la guanosine, va đut gay chuoi xoan kep.  Mot te bao đien hinh o nguoi chua khoang 150.000 base chiu ton thuong do bi oxy hoa. Trong so nhung ton thuong oxy hoa, nguy hiem nhat đo la chuoi xoan kep bi đut gay, vi rat kho đe gan lai va co the dan toi đot bien mat, them va thay the tren trinh tu DNA, cung nhu la chuyen đoan nhiem sac the (chromosomal translocation). Nhung đot bien nay co the gay ra ung thu. Boi vi nhung gioi han von co trong co che sua chua DNA, nen neu con nguoi song đu lau, thi nhung hu hai nay cuoi cung se dan toi su phat trien cua ung thu. Nhung hu hai DNA xay ra tu nhien, la do cac qua trinh binh thuong trong te bao tao ra cac goc tu do oxy hoa (ROS), chang han cac phan ung thuy phan cua nuoc trong te bao, v.v, cung xay ra thuong xuyen. Mac du hau het nhung hu hai nay đeu se đuoc sua chua, nhung trong bat ky te bao nao van co mot so hu hai DNA co the con ton tai mac cho cac hoat đong cua qua trinh sua chua. Nhung hu hai DNA con sot lai se tich tu dan theo đo tuoi ben trong cac mo hau nguyen phan cua đong vat co vu. Su tich tu nay duong nhu la mot nguyen nhan quan trong dan toi su gia yeu.
Nhieu tac nhan đot bien nam gon trong khong gian giua hai cap base lien ke, hay goi la su xen kep (intercalation). Hau het cac chat xen kep la nhung phan tu vong thom va vong phang; vi du nhu: ethidium bromide, acridine, daunomycin va doxorubicin. Đe cho mot chat xen kep co the vua van khong gian giua hai cap base, cac base phai tach ra, bop meo mach DNA bang cach thao xoan chuoi xoan kep. Đieu nay khien uc che qua trinh phien ma va nhan đoi DNA, gay ra đoc tinh va đot bien. Do đo, cac phan tu xen kep vao DNA co the la tac nhan gay ung thu, va trong truong hop cua thalidomide la tac nhan gay quai thai (teratogen). Nhung phan tu khac nhu benzo[a]pyrene diol epoxide va aflatoxin tao thanh san pham cong vao DNA gay ra loi trong qua trinh nhan đoi. Tuy nhien, do kha nang uc che phien ma va nhan đoi DNA, nhung đoc to tuong tu khac cung đuoc su dung trong hoa tri lieu đe uc che phat trien nhanh chong cua cac te bao ung thu.


Chuc nang sinh hoc DNA thong thuong hien dien trong nhiem sac the dang thang o sinh vat nhan thuc, va nhiem sac the dang vong o sinh vat nhan so. Nhiem sac the (chromosome) thuc chat la chat nhiem sac (chromatin) bi co xoan tu ky đau cua qua trinh phan bao. Con chat nhiem sac chinh la phuc hop giua chuoi xoan kep DNA voi cac protein histone va phi histone goi gon thanh mot cau truc co đac. Đieu nay cho phep cac phan tu DNA rat dai nam gon trong nhan te bao. Cau truc vat ly cua nhiem sac the va chat nhiem sac thay đoi luan phien tuy thuoc vao tung giai đoan cua chu ky te bao. Tap hop cac nhiem sac the trong mot te bao tao thanh bo gene cua no; bo gene nguoi co xap xi 3 ty cap base DNA xep thanh 46 nhiem sac the. Thong tin chua trong DNA to chuc duoi dang trinh tu cua cac đoan DNA goi la gene. Su ke thua thong tin di truyen trong gene đuoc thuc hien thong qua cac cap base bo sung. Vi du, trong qua trinh phien ma, khi mot te bao su dung thong tin o mot gene, trinh tu DNA se đuoc sao ma vao trinh tu bo sung RNA thong qua luc hut giua DNA va cac nucleotide chinh xac cua RNA. Thong thuong, ban sao RNA nay đuoc dung lam khuon mau đe xac đinh trinh tu cac amino acid trong qua trinh dich ma, thong qua su tuong tac giua cac nucleotide RNA. Trong qua trinh khac, mot te bao co the tu sao chep thong tin di truyen cua no bang qua trinh nhan đoi DNA. Chi tiet cua nhung chuc nang nay đuoc neu trong nhung bai viet lien quan; bai nay tap trung vao tuong tac giua DNA va cac phan tu khac ma đam trach cac chuc nang cua bo gene.


= Gene va bo gene =

DNA chua cac đoan gene đuoc goi gon va xep chat co thu tu boi qua trinh co đac DNA (DNA condensation), đe co the vua van trong mot the tich nho cua te bao. O sinh vat nhan thuc, DNA nam trong nhan te bao, cung voi mot luong nho nam trong ty the va luc lap. O sinh vat nhan so, DNA nam trong mot the co hinh dang khong đeu giua te bao chat, goi la the nhan (hoac vung nhan, nucleoid). Thong tin di duyen trong mot bo gene đuoc luu tru boi cac gene, va tap hop toan bo cac gene trong te bao cua co the thuoc mot loai sinh vat đuoc goi la kieu gene. Moi gene la mot đon vi cua tinh di truyen va la mot đoan cua DNA co anh huong toi mot đac tinh cu the trong co the sinh vat. Cac gene chua mot khung đoc mo (open reading frame) co the đuoc phien ma, cung voi cac vung trinh tu đieu hoa (regulatory sequence) nhu vung khoi đong (promoter) va vung tang cuong (enhancer) co kha nang đieu hoa qua trinh phien ma cua khung đoc mo.
O nhieu loai, chi mot phan nho trong tong so trinh tu cua bo gene la ma hoa cho protein. Vi du, chi khoang 1,5% bo gene nguoi chua cac đoan exon ma hoa cho protein, trong khi tren 50% DNA o nguoi chua cac trinh tu lap lai khong ma hoa (non-coding repeated sequence). Nhung ly do cho su co mat cua rat nhieu DNA khong ma hoa o bo gene cua sinh vat nhan thuc va su cach biet rat lon trong kich co bo gene, hay gia tri C, giua cac loai đa đua đen mot van đe nan giai lau nam goi la "nghich ly gia tri C". Tuy nhien, mot so trinh tu DNA khong ma hoa protein van co the co chuc nang ma hoa cac phan tu RNA khong ma hoa tham gia vao qua trinh đieu hoa bieu hien gene.

Mot so trinh tu DNA khong ma hoa đong vai tro cau truc bo khung trong nhiem sac the. Telomere va tam đong (centromere) đien hinh chi chua vai gene, nhung lai co vai tro quan trong đoi voi chuc nang va su on đinh cua nhiem sac the. Mot dang DNA khong ma hoa xuat hien o nguoi goi la gene gia (pseudogene), la nhung ban sao cua gene nhung đa bi bat hoat do tac đong cua đot bien. Nhung trinh tu nay thuong chi la cac hoa thach phan tu, mac du chung co the phuc vu nhu la vat lieu di truyen dang tho cho su san sinh gene moi thong qua qua trinh nhan đoi (gene duplication) va phan ly gene.


= Phien ma va dich ma =

Moi gene la mot đoan trinh tu DNA chua thong tin di truyen va co the anh huong đen kieu hinh cua sinh vat. Ben trong mot gene, trinh tu cac base doc theo mot mach DNA xac đinh nen trinh tu cua RNA thong tin, roi tu đo xac lap nen trinh tu cua mot hay nhieu protein. Moi lien he giua trinh tu nucleotide cua cac gene va trinh tu cac amino acid cua protein đuoc xac đinh boi nhung quy tac trong qua trinh dich ma, đuoc biet đen voi cai ten bo ma di truyen. Moi ma di truyen chua bo ba 'chu cai' goi la triplet (bo ba ma goc) tren DNA hay codon (bo ba ma sao) tren mRNA hay anticodon (bo ba đoi ma) tren tRNA tao thanh mot trinh tu gom ba nucleotide (v.d. ACT, CAG, TTT tren mach goc DNA).
Trong qua trinh phien ma, cac triplet cua mot gene đuoc sao chep sang RNA thong tin thanh cac codon tuong ung bang enzyme RNA polymerase. Ban sao RNA nay sau đo đuoc giai ma boi ribosome thong qua hoat đong đoc trinh tu RNA bang cach bo sung cap base trong RNA thong tin voi RNA van chuyen, loai phan tu mang theo amino acid. Vi co bon loai base khac nhau đuoc to hop thanh cac ma bo ba, do vay co tat ca 64 codon (to hop 43). Tat ca chung đuoc phan bo đe ma hoa cho 20 loai amino acid co ban cua su song, do đo mot amino acid co the co nhieu hon mot codon ma hoa cho no. Ben canh đo cung co ba codon 'ket thuc' hoac 'vo nghia' (nonsense) đanh dau điem ket thuc cua mot vung ma hoa; chung la cac codon UAA, UAG va UGA (tuong ung voi cac triplet TAA, TAG va TGA).


= Nhan đoi DNA (sao chep, tai ban) =

Phan bao la qua trinh co ban cua sinh vat đe co the sinh truong, nhung khi mot te bao phan chia, no phai nhan đoi DNA trong bo gene cua no sao cho hai te bao con co cung thong tin di truyen nhu cua te bao me. Cau truc mach kep DNA giup hinh thanh mot co che đon gian cho qua trinh nhan đoi DNA. O đay, hai mach đon thao xoan tach roi nhau va moi mach moi bo sung voi moi mach goc đuoc tong hop bang mot loai enzyme goi la DNA polymerase. Enzyme nay tao ra nhung mach moi bang cach tim nhung nucleotide tu do tu moi truong noi bao va gan ket chinh xac voi nucleotide tren mach goc ban đau theo nguyen tac bo sung. Vi DNA polymerase chi tong hop mach moi theo chieu 5′ → 3′, do vay tren mach khuon co chieu 3' → 5' thi mach bo sung đuoc tong hop lien tuc do cung chieu voi chieu thao xoan. Con tren mach khuon co chieu 5' → 3' thi mach bo sung đuoc tong hop ngat quang tao nen cac đoan ngan goi la đoan Okazaki do nguoc chieu voi chieu thao xoan, sau đo cac đoan nay đuoc noi lai voi nhau nho enzyme noi DNA ligase.


= acid nucleic ngoai bao =
DNA ngoai bao tran (extracellular DNA - eDNA), hau het đuoc giai phong khi te bao chet đi, xuat hien khap noi trong moi truong. Muc đo tap trung cua no trong đat co the len toi 2 μg/lit, va trong moi truong nuoc tu nhien len toi 88 μg/lit. Đa co mot so chuc nang kha thi cua eDNA đuoc đe xuat: no co the tham gia vao chuyen gene ngang; cung cap dinh duong; va co kha nang hoat đong nhu mot chat đem đe khoi phuc hoac chuan đo ion hoac tinh khang sinh. DNA ngoai bao hoat đong nhu mot thanh phan chuc nang cua chat nen ngoai bao trong lop mang vi sinh vat (phim sinh hoc - biofilm) cua mot so loai vi khuan. No co the hoat đong nhu mot nhan to nhan dien đe đieu phoi su bam dinh va phan tan cua mot so loai te bao đac hieu trong phim sinh hoc; hoac đong gop vao su hinh thanh phim sinh hoc; cung nhu đong gop vao đac tinh vat ly chac chan cua phim sinh hoc va suc đe khang truoc nhung cang thang sinh hoc (biological stress).


Tuong tac voi protein Moi chuc nang cua DNA phu thuoc vao tuong tac voi protein. Nhung tuong tac protein nay co the khong đac hieu hoac đac hieu khi protein lien ket voi mot trinh tu DNA cu the. Cac enzyme cung lien ket voi DNA va trong so nay, nhung enzyme polymerase sao chep trinh tu base cua DNA trong qua trinh phien ma va nhan đoi DNA co vai tro đac biet quan trong.


= Protein lien ket DNA =

Cac protein cau truc lien ket voi DNA la nhung vi du đa đuoc nghien cuu kha ki ve tuong tac khong đac hieu DNA-protein. Ben trong nhiem sac the, DNA đuoc giu trong phuc hop voi protein cau truc. Nhung protein nay to chuc DNA thanh mot cau truc that đac goi la chat nhiem sac (chromatin). Trong sinh vat nhan thuc, cau truc nay bao gom DNA lien ket voi phuc hop cac đon vi protein co so nho goi la histone, trong khi o sinh vat nhan so lai co nhieu loai protein tham gia hon. Cac histone tao thanh mot phuc hop dang đia goi la nucleosome, voi chuoi xoan kep DNA bao quanh be mat cau truc bang hai vong xoan. Nhung tuong tac khong đac hieu đuoc hinh thanh thong qua cac phan du co ban trong histone, tao ra lien ket ion voi bo khung đuong-phosphat co tinh acid cua DNA, va do vay phan lon tuong tac la đoc lap voi trinh tu cac base. Nhung phan ung hoa hoc lam thay đoi cac amino acid co ban nay bao gom phan ung methyl hoa, phosphoryl hoa va acethyl hoa. Nhung thay đoi hoa hoc nay lam anh huong toi cuong đo tuong tac giua DNA va histone, khien cho cac nhan to phien ma tro nen de dang hoac kho tiep can đuoc voi DNA va do vay thay đoi toc đo qua trinh phien ma. Nhung protein lien ket DNA khong đac hieu khac trong chat nhiem sac bao gom cac nhom protein co tinh linh đong cao ma khi lien ket co the uon hoac lam van DNA. Cac protein nay co vai tro quan trong trong viec sap uon nucleosome va xep đat chung thanh nhung cau truc lon hon tao thanh nhiem sac the.
Co mot nhom protein lien ket DNA đac biet la cac protein chi lien ket đac hieu voi mot mach đon DNA. O nguoi, protein A phuc vu qua trinh nhan đoi DNA la protein đuoc hieu biet ro rang nhat trong nhom nay va tham gia vao nhung qua trinh khi hai mach xoan kep đa tach roi nhau, bao gom sao chep DNA, tai to hop va sua chua DNA. Nhung protein lien ket nay giup on đinh hoa mach đon DNA va bao ve no khoi hien tuong hinh thanh cau truc vong gap kep toc (stem-loop/hairpin loop) hoac bi phan cat boi enzyme nuclease.

Nguoc lai, co nhung protein khac phai bien đoi cau hinh đe lien ket voi nhung trinh tu DNA rieng biet. Linh vuc nghien cuu sau rong nhat ve nhung protein nay đo la nghien cuu nhieu loai nhan to phien ma (transcription factor) khac nhau, đay chinh la cac protein đieu hoa qua trinh phien ma. Moi nhan to phien ma lien ket voi mot tap hop cu the cac trinh tu DNA va kich hoat hoac uc che hoat đong phien ma cua gene tai nhung trinh tu gan voi vung khoi đong cua chung. Nhan to phien ma thuc hien vai tro nay theo hai cach. Đau tien, chung co the gan voi RNA polymerase chiu trach nhiem cho qua trinh phien ma, hoac truc tiep hoac gian tiep thong qua cac protein trung gian; giup đinh vi polymerase tai vung gene khoi đong va cho phep bat đau phien ma. Hoac cach khac, nhan to phien ma co the gan voi enzyme lam bien đoi cac histone o vung khoi đong. Đieu nay lam thay đoi kha nang tiep can cua polymerase voi mach khuon DNA.
Do nhung DNA đich nay xuat hien trong toan the bo gene sinh vat, vi vay nhung thay đoi trong hoat đong cua mot loai nhan to phien ma co the anh huong toi hang nghin gene. He qua la, nhung protein nay thuong la muc tieu cua cac qua trinh truyen tin hieu tai nap (signal transduction) ma đieu khien su đap ung đoi voi nhung thay đoi cua moi truong hoac biet hoa te bao va đieu khien su phat trien. Net đac trung cua nhung tuong tac cua cac nhan to phien ma voi DNA đen tu cac protein tao nhieu tiep xuc voi cac canh cua cac base DNA, cho phep chung "đoc" đuoc trinh tu DNA. Phan lon nhung tuong tac voi base dien ra o ranh lon, noi co the tiep xuc nhieu nhat voi cac base.


= Enzyme chinh sua DNA =


 Nuclease va ligase  Nuclease la cac enzyme co kha nang cat mach DNA bang cach xuc tac cho phan ung thuy phan cac lien ket phosphodieste. Loai nuclease thuy phan nucleotide tu nhung đau mut cua mach DNA đuoc goi la exonuclease, trong khi endonuclease lai phan cat tu nhung điem trong mach. Nhung nuclease đuoc su dung thuong xuyen nhat trong sinh hoc phan tu la cac endonuclease gioi han, do chung cat DNA tai nhung đoan trinh tu đac hieu. Vi du, enzyme EcoRV o hinh anh ben trai nhan ra trinh tu gom 6 base 5′-GATATC-3′ va thuc hien viec cat theo mot đuong nam ngang. Trong tu nhien, nhung enzyme nay bao ve vi khuan chong lai su tan cong cua the thuc khuan bang cach tieu hoa DNA the thuc khuan khi chung xam nhap vao te bao vi khuan, luc nay cac enzyme hoat đong nhu mot phan trong he thong han che cai bien (restriction modification system). Trong cong nghe sinh hoc, nhung nuclease hoat đong voi cac trinh tu đac hieu đuoc su dung trong tach dong phan tu (molecular cloning) va ky thuat nhan dien DNA (DNA profiling).

Nhung enzyme co chuc nang noi lai nhung đoan DNA bi cat hoac bi đut gay đuoc goi la DNA ligase. Ligase đac biet quan trong trong viec noi lai cac mach theo sau ngat quang cua DNA, tuc la cac đoan Okazaki tai chac tai ban thanh mot ban sao hoan chinh tu mach khuon DNA. Chung cung tham gia vao viec sua chua DNA va tai to hop di truyen.


 Topoisomerase va helicase  Topoisomerase la nhung enzyme mang hoat tinh cua ca nuclease lan ligase. Nhung protein nay co kha nang thay đoi cau truc chuoi xoan kep DNA: chung co the thoai bo trang thai sieu xoan, hoac nguoc lai, chung đong xoan. Mot so enzyme trong nhom nay thuc hien hoat đong cat chuoi xoan kep DNA va cho phep mot phan phan tu quay đuoc, do vay lam giam muc sieu xoan cua no; sau cuoi enzyme se gan khit hoan chinh lai đoan DNA bi gay. Nhung loai enzyme khac co the cat mot chuoi xoan kep DNA va roi keo mot mach DNA thu hai vao vi tri cat nay, truoc khi thuc hien viec noi lai chuoi xoan kep. Topoisomerase can thiet cho nhieu qua trinh lien quan đen DNA, nhu nhan đoi va phien ma.
Helicase la nhung protein thuoc mot trong nhung loai đong co phan tu. Chung su dung nang luong hoa hoc trong nucleoside triphosphat, thuong su dung nhat la adenosine triphosphat (ATP), đe pha vo lien ket hydro giua cac base va thao xoan chuoi kep DNA thanh hai mach đon. Nhung enzyme nay co vai tro quan trong thiet yeu đoi voi hau het qua trinh enzyme can thiet co tuong tac voi cac base nito.


 Polymerase  Polymerase la nhung enzyme thuc hien tong hop mach polynucleotide tu nucleoside triphosphat. Tinh tuan tu cua cac san pham cua chung đuoc sinh ra dua tren nhung mach polynucleotide đa co—goi la mach khuon. Nhung enzyme nay hoat đong bang lan luot them vao mot nucleotide tai nhom 3′ hydroxyl o điem cuoi cua mach polynucleotide đang phat trien. Ket qua la, moi polymerase hoat đong luon theo chieu tu đau 5′ đen đau 3′. Tai trung tam hoat đong cua cac enzyme nay, phan tu nucleoside triphosphat đi đen ghep cap voi base cua mach khuon: đieu nay cho phep polymerase tong hop mot cach chinh xac mach bo sung đoi voi mach khuon cua no. Cac polymerase đuoc phan loai theo cac nhom mach khuon ma chung su dung.
Trong qua trinh sao chep DNA, DNA polymerase phu thuoc DNA tao nen nhung ban sao cua nhung mach polynucleotide DNA. Đe bao toan thong tin sinh hoc, đieu co ban la trinh tu cua cac base trong moi ban sao la trinh tu bo sung chinh xac cho trinh tu base trong mach khuon mau. Nhieu DNA polymerase co hoat tinh đoc va sua sai (proofreading). O đay, polymerase nhan ra cac loi thuong xuat hien trong phan ung tong hop do su thieu đi nhung base ghep cap giua cac nucleotide khong khop voi nhau. Neu polymerase phat hien mot su khong an khop, hoat tinh exonuclease 3'-5′ đuoc kich hoat va base khong khop nao đuoc phat hien se bi cat bo. Trong hau het cac sinh vat, DNA polymerase hoat đong trong mot phuc he lon goi la replisome co chua nhieu tieu đon vi phu, nhu protein kep DNA (DNA clamp) hay helicase.
DNA polymerase phu thuoc RNA la nhung loai polymerase chuyen biet thuc hien sao chep trinh tu cua mach RNA sang DNA. Chung bao gom enzyme phien ma nguoc (reverse transcriptase, RT), vi du nhu mot enzyme cua virut retrovirus tham gia vao qua trinh xam nhap te bao, va telomerase, can cho qua trinh sao chep telomere. Telomerase la mot polymerase khac thuong boi vi no chua chinh mach khuon RNA cua no nhu la mot phan trong cau truc cua enzyme nay.
Su phien ma đuoc thuc hien boi RNA polymerase phu thuoc DNA thong qua qua trinh sao chep trinh tu cua mach DNA sang RNA. Đe bat đau giai ma mot gene, RNA polymerase gan voi mot trinh tu cua DNA goi la vung khoi đong (promoter) va tach hai mach DNA khoi nhau. Sau đo no sao chep trinh tu gene vao mot RNA thong tin cho đen khi no đi đen vung ket thuc (terminator) cua DNA, noi RNA polymerase dung lai va tach khoi DNA. Voi DNA polymerase phu thuoc DNA o nguoi, RNA polymerase II, enzyme thuc hien phien ma hau het cac gene trong bo gene nguoi, hoat đong nhu la mot phan cua mot phuc he protein lon voi nhieu tieu đon vi phu va vung đieu hoa khac nhau.


Tai to hop di truyen Chuoi xoan kep DNA thuong khong tuong tac voi nhung đoan khac cua DNA, va trong te bao nguoi cac nhiem sac the khac nhau tham chi con nam o nhung vung tach biet trong nhan te bao goi la "vung nhiem sac the" (chromosome territory). Su tach biet ve khong gian giua cac nhiem sac the khac nhau la quan trong đoi voi kha nang hoat đong cua DNA nhu la noi luu giu on đinh thong tin di truyen, khi mot vai lan nhiem sac the tuong tac trong su trao đoi cheo nhiem sac the xay ra trong qua trinh sinh san huu tinh, khi ay tai to hop di truyen moi dien ra. Trao đoi cheo nhiem sac the la khi hai chuoi DNA thao xoan va tach roi tung mach đon ra, trao đoi cac đoan DNA cho nhau roi tai gan ket hai mach đon lai.
Tai to hop cho phep nhiem sac the trao đoi thong tin di truyen va tao ra nhung to hop gene moi, lam tang hieu qua cua tinh chon loc tu nhien va co the quan trong đoi voi su tien hoa nhanh chong cho nhung protein moi. Tai to hop di truyen cung bao gom trong qua trinh sua chua DNA, đac biet trong su đap ung cua te bao đoi voi su kien chuoi xoan kep bi đut gay.
Dang pho bien nhat cua trao đoi cheo nhiem sac the la tai to hop tuong đong, khi hai nhiem sac the tham gia qua trinh tren co trinh tu DNA tuong đong. Tai to hop khong tuong đong co the pha huy te bao, gay ra chuyen đoan nhiem sac the va bien di di truyen. Phan ung tai to hop đuoc xuc tac boi cac enzyme recombinase, nhu RAD51. Buoc đau tien trong qua trinh tai to hop la mot chuoi DNA bi đut gay do tac đong boi enzyme endonuclease hay nhung pha huy đoi voi DNA. Mot loat cac buoc tiep theo co su xuc tac mot phan cua recombinase, sau đo hai chuoi xoan kep noi lai tai it nhat mot điem giao Holliday (Holliday junction), trong đo mot đoan cua mach đon cua chuoi xoan kep nay đuoc ghep noi voi đoan mach đoi ung cua chuoi xoan kep kia. Điem giao Holliday la mot cau truc tiep xuc bon nhanh ma co the di chuyen doc theo cap nhiem sac the, trao đoi mot mach sang cho mach khac. Phan ung tai to hop dung lai khi điem giao Holliday bi đut va xay ra qua trinh han gan lai chuoi DNA đuoc giai phong.


Tien hoa DNA chua thong tin di truyen cho phep tat ca dang song hien đai hoat đong chuc nang, sinh truong va sinh san. Tuy nhien, khong ro bao lau trong hanh trinh lich su 4 ty nam cua su song DNA đa bat đau đam nhan chuc nang nay, vi co nhung đe xuat cho rang cac dang song xuat hien som nhat co kha nang đa su dung phan tu RNA thay vi DNA lam vat lieu di truyen. RNA co the đa tro thanh thanh phan trung tam cua qua trinh trao đoi chat trong nhung te bao so khai vi phan tu nay co the vua truyen đat thong tin di truyen cung nhu mang hoat tinh xuc tac phan ung duoi dang ribozyme. The gioi RNA co xua nay, mot noi acid nucleic đuoc su dung cho ca qua trinh xuc tac va di truyen, co the anh huong đen su tien hoa cua he thong ma di truyen hien tai tren co so bon loai nucleobase. Đieu nay thuc su đa xay ra, vi so luong cua nhung base khac nhau trong mot co the song nhu la mot su thoa hiep giua mot so luong nho base tang cuong qua hoat đong nhan đoi chinh xac va mot so luong lon nhung base tang cuong qua hoat đong xuc tac hieu qua cua ribozyme. Khong may thay, thuc te lai khong co bang chung truc tiep nao cua he thong di truyen co xua, nhu viec phuc hoi DNA tu phan lon cac hoa thach la đieu khong the vi phan tu DNA chi ton tai trong moi truong it hon mot trieu nam va dan dan phan huy thanh nhung manh ngan tan vao dung dich. Nhung yeu cau khao sat đoi voi dang DNA co xua đa đuoc thuc hien, trong đo bao cao đang chu y nhat la ve su co lap cua mot loai vi khuan ton tai phat trien đoc lap tu mot tinh the muoi co nien đai cach đay 250 trieu nam, tuy nhien nhung tuyen bo nay van con trong vong tranh cai.
Nhung thanh phan "vua gach" cua DNA (adenine, guanine va ca nhung phan tu huu co lien quan) co the đa hinh thanh tu vu tru trong nhung khoang khong lien thien the. Nhung hop chat huu co cau tao nen tang khac cua DNA va RNA trong su song, bao gom uracil, cytosine va thymine, cung đa đuoc tong hop trong phong thi nghiem duoi cac đieu kien mo phong tuong ung tim thay trong khong gian ngoai thien the, bang cach su dung nhung chat hoa hoc khoi đau, vi du pyrimidine, tim thay trong cac manh van thach. Pyrimidine, nhu nhung hydrocarbon đa vong thom (polycyclic aromatic hydrocarbons - PAHs), la hop chat hoa hoc giau carbon nhat tim thay trong vu tru, co the đuoc hinh thanh trong nhung ngoi sao khong lo đo hay trong nhung đam may khi va bui giua cac vi sao.


Su dung trong cong nghe = Ky thuat di truyen =

Nhieu phuong phap đa đuoc phat trien đe sang loc DNA tu sinh vat song, nhu chiet long-long phenol-clorofom, va van dung trong phong thi nghiem, nhu phuong phap phan huy gioi han (restriction digest) va phan ung chuoi polymerase. Sinh hoc hien đai va nganh hoa sinh su dung thuong xuyen nhung ky thuat nay trong cong nghe tai to hop DNA. Tai to hop DNA la mot trinh tu DNA nhan tao đuoc lap ghep tu cac trinh tu DNA khac. Chung co the đuoc bien nap vao te bao sinh vat duoi dang plasmid hoac trong nhung dang thich hop khac, bang cach su dung vector virut. Nhung sinh vat bien đoi di truyen co the đuoc ung dung đe sinh ra cac san pham nhu protein tai to hop, su dung trong nghien cuu y hoc, hoac đuoc nuoi trong trong nong nghiep.


= Ky thuat nhan dien DNA =

Cac nha khoa hoc phap y su dung DNA trong mau, tinh dich, da, nuoc bot hay toc tim thay tai hien truong đe nhan ra DNA khop voi cua mot ca nhan, nhu cua thu pham chang han. Qua trinh nay đuoc goi la ky thuat nhan dien DNA (DNA profiling), hay con goi la ky thuat in dau DNA (DNA fingerprintin)). Trong ky thuat nhan dien DNA, đo dai cua nhieu đoan DNA lap lai, nhu cac đoan trinh tu vi ve tinh (microsatellite) va ve tinh nho (minisatellite), đuoc so sanh giua cac ca nhan co lien quan. Phuong phap nay thuong la mot ky thuat cuc ky tin cay cho phep xac đinh nhung trinh tu DNA an khop voi nhau. Tuy vay, viec nhan dang co the tro nen phuc tap neu tai hien truong gay an co nhieu DNA cua nhieu nguoi. Ky thuat nhan dien DNA phat trien vao nam 1984 boi nha di truyen hoc nguoi Anh Sir Alec Jeffreys, va lan đau tien đuoc su dung trong nganh phap y đe cao buoc Colin Pitchfork trong vu an Enderby nam 1988.
Su phat trien cua khoa hoc phap y, va kha nang hien nay co the nhan ra thong tin di truyen tu cac mau mau, da, nuoc bot hay toc đa dan đen nhieu vu an phai lat lai ho so mac du toa đa tuyen an. Chung cu ma hien nay co the đuoc tiet lo ra trong khi o thoi điem tham van la bat kha thi ve mat khoa hoc. Ket hop voi đao luat loai bo truong hop bat trung kha to (double jeopardy-mot nguoi khong bi xu hai lan ve mot toi) o mot so noi, đa cho phep khoi to lai mot so vu an khi ban an truoc đo đa khong neu đuoc chung cu thuyet phuc đe ket an. Nhung nguoi mang toi danh nang đuoc phep yeu cau lay mau DNA nham muc đich so sanh. Truong hop bien ho ro rang nhat đo la mau DNA nhan đuoc tu phap y bi cho la đa bi anh huong tu nhung nguoi o xung quanh vu an. Đieu nay lam cho cac thu tuc đieu tra tro nen chat che hon trong nhung truong hop pham toi moi. Nhan dien DNA cung đuoc ap dung thanh cong cho nhan dang cac nan nhan trong nhung vu tai nan co thuong vong lon, tu nhung phan co the, va nhan biet tung nan nhan trong nhung mo chon tap the trong chien tranh, thong qua so sanh voi DNA cua nguoi nha nan nhan.
Ky thuat nhan dien DNA cung đuoc su dung đe xac thuc moi lien he sinh hoc voi cha me hoac ong ba cua mot đua tre voi xac suat chinh xac len toi 99,99%. Nhung phuong phap kiem trinh tu DNA binh thuong đuoc thuc hien sau sinh, nhung nhung phuong phap moi co the kiem tra quan he huyet thong ngay ca khi nguoi me đang mang thai.


= DNA enzyme hay xuc tac DNA =

Deoxyribozyme, cung goi la DNAzyme hay xuc tac DNA phat hien lan đau tien vao nam 1994. Phan lon chung la nhung trinh tu mach đon DNA đuoc co lap khoi mot vung lon gom nhieu trinh tu DNA ngau nhien thong qua mot huong tiep can to hop goi la ky thuat lua chon in vitro hay phuong phap SELEX. Nhung DNAzyme tham gia xuc tac cac phan ung hoa hoc bao gom phan cat RNA-DNA, ket noi RNA-DNA, su phosphoryl hoa - phan phosphoryl hoa cac amino acid, hinh thanh lien ket carbon-carbon, v.v... DNAzyme co the tang cuong toc đo phan ung hoa hoc gap 100.000.000.000 lan so voi phan ung khong co su tham gia xuc tac cua no. Cac DNAzyme đuoc nghien cuu nhieu nhat la nhung loai phan cat RNA dung đe phat hien cac ion kim loai khac nhau va thiet ke cac tac nhan tri lieu. Mot vai DNAzyme đac hieu ion kim loai bao gom GR-5 DNAzyme (đac hieu voi chi), CA1-3 DNAzymes (voi đong), 39E DNAzyme (voi ion uranyl) va NaA43 DNAzyme (voi natri). NaA43 DNAzyme, nhay voi natri gap 10.000 lan so voi cac ion kim loai khac, đuoc dung đe theo doi natri theo thoi gian thuc trong te bao song.


= Tin sinh hoc =

Tin sinh hoc bao gom cac ky thuat luu tru, khai pha du lieu, tim kiem va thao tac voi du lieu sinh hoc, bao gom du lieu ve trinh tu acid nucleic DNA. Cac ky thuat nay mang đen nhung ung dung rong rai trong khoa hoc may tinh, đac biet la thuat toan tim kiem chuoi, hoc may va ly thuyet co so du lieu. Thuat toan tim kiem chuoi hay so khop, trong đo tim kiem su xuat hien cua mot trinh tu cac chu cai trong mot trinh tu cac chu cai lon hon, đuoc phat trien đe tim ra nhung trinh tu nucleotide cu the. Trinh tu DNA co the sap giong voi nhung trinh tu DNA khac đe nhan ra cac trinh tu tuong đong va xac đinh vi tri đot bien khien chung khac biet. Nhung ky thuat nay, đac biet la ky thuat "sap giong đa trinh tu" (multiple sequence alignment), đuoc su dung đe nghien cuu cac moi quan he phat sinh chung loai hoc va chuc nang cua protein. Tap hop du lieu cua toan bo trinh tu DNA, nhu đuoc lap ra boi Du an ban đo gene nguoi, la kho đe su dung ma khong co cac chu giai cho phep nhan ra vi tri cua cac gene hay cac yeu to đieu hoa o moi nhiem sac the. Vung trinh tu DNA voi nhung phan đac trung gan voi gene ma hoa cho protein hoac RNA co the tim ra bang thuat toan tim kiem gene (gene finding algorithm), cho phep cac nha nghien cuu du đoan su co mat cua nhung sinh pham đac biet ma hoa boi gen va chuc nang cua chung trong sinh vat truoc khi chung đuoc phat hien bang thuc nghiem. Toan bo he gene cung co the đuoc đoi sanh, đe lam sang to lich su tien hoa cua tung sinh vat cu the va cho phep kiem tra cac su kien tien hoa phuc tap.


= Cong nghe nano DNA =

Cong nghe nano DNA su dung nhung tinh chat tuong tac cua phan tu DNA va nhung acid nucleic khac đe tao ra nhung phuc hop DNA phan nhanh tu lap rap co tinh nang huu ich. Do vay DNA đuoc su dung nhu la vat lieu cau truc hon la vat lieu mang thong tin sinh hoc. Cac nha khoa hoc đa tao ra nhung dan luoi hai chieu tuan hoan (bang phuong phap lat gach va origami DNA) va cau truc ba chieu đa dien đeu. Thiet bi co nano va thuat toan tu lap rap cung đuoc chung minh la kha di, va nhung cau truc DNA nay dung lam khuon mau đe sap xep cac phan tu khac nhu keo vang (colloidal gold) va protein streptavidin trong vi khuan Streptomyces avidinii.


= Lich su va nhan chung hoc =

Boi vi theo thoi gian DNA tich luy cac đot bien, do vay chung đuoc di truyen lai, nen DNA chua thong tin lich su, va bang cach so sanh cac trinh tu DNA, nhung nha di truyen hoc co the suy luan ra lich su tien hoa cua moi loai sinh vat, hay phat sinh chung loai cua chung. Linh vuc phat sinh chung loai hoc la mot cong cu manh cua sinh hoc tien hoa. Neu so sanh nhung trinh tu DNA cua mot loai voi nhau, cac nha di truyen quan the co the biet đuoc lich su phat trien cua mot quan the đang nghien cuu. Ket qua nghien cuu cua nganh nay đuoc ap dung sang cho di truyen sinh thai va nhan chung hoc. Vi du, cac nha khoa hoc đa su dung bang chung DNA đe nghien cuu su kien Muoi bo toc bien mat (Ten Lost Tribes) cua Israel.


= Luu tru thong tin =

Trong mot bai bao tren tap chi Nature thang 1 nam 2013, cac nha khoa hoc tu Hoc vien Tin sinh hoc Chau Au va cong ty Agilent Technologies đa đe xuat mot co che su dung kha nang ma hoa thong tin cua DNA đe phuc vu cho viec luu tru ky thuat so. Nhom nghien cuu ma hoa 739 kilobyte du lieu vao ma DNA, roi tong hop nen DNA thuc thu, tiep đo thuc hien giai trinh tu DNA va giai ma thong tin nguoc tro lai dang ban đau, ma ho thong bao la ket qua thu đuoc voi đo chinh xac 100%. Thong tin đuoc ma hoa chua cac tap tin đinh dang van ban va am thanh. Mot thi nghiem khac thuc hien truoc đo boi nhom nghien cuu o Đai hoc Harvard thang 8 nam 2012, khi nhom nay ma hoa mot quyen sach chua 54.000 tu vao DNA.
Trong te bao sinh vat song, thong tin luu tru o DNA co the đuoc kich hoat boi cac enzyme. Vi du nhu cac kenh ion co protein cam thu anh sang phoi hop voi enzyme xu ly DNA la phu hop cho nhiem vu tren trong ong nghiem (in vitro). Nhung phan tu exonuclease huynh quang co the truyen tin hieu ra ben ngoai tuan theo cac trinh tu nucleotide ma chung đoc đuoc.


Lich su nghien cuu DNA DNA lan đau tien đuoc co lap boi thay thuoc nguoi Thuy Si Friedrich Miescher, nguoi ma vao nam 1869, đa kham pha ra mot chat vi mo trong mu cua bang gac đuoc thao bo sau phau thuat. Vi no nam trong nhan cua te bao, ong đa goi no la "nuclein". Nam 1878, Albrecht Kossel đa co lap đuoc thanh phan khong phai la protein cua "nuclein", acid nucleic, va sau đo ong co lap đuoc nam nucleobase co ban cua no. Nam 1919, Phoebus Levene nhan biet đuoc cac đon vi cua nucleotide la base, đuong va phosphat. Levene đe xuat rang DNA chua mot chuoi cac đon vi nucleotide đuoc lien ket voi nhau bang cac nhom phosphat. Levene đa nghi rang mach nay la ngan va cac base lap lai theo mot thu tu co đinh. Nam 1937, William Astbury chup đuoc anh thanh phan nhieu xa tia X đau tien cho thay DNA co mot cau truc đeu đan.
Nam 1927, Nikolai Koltsov đe xuat rang cac tinh trang di truyen co the đuoc thua huong thong qua mot "phan tu di truyen khong lo" cau thanh tu "hai mach đoi xung ma co the sao chep theo cach ban bao ton su dung tung mach nhu la mot khuon mau". Nam 1928, Frederick Griffith trong thi nghiem cua ong đa kham pha ra cac tinh trang dang "tron" cua phe cau khuan (Pneumococcus) co the truyen sang dang "tho" cua cung mot loai vi khuan bang cach tron cac vi khuan dang "tron" đa bi giet voi cac vi khuan dang "tho" con song bang thi nghiem noi tieng goi la thi nghiem Griffith. He thong thi nghiem nay cung cap goi y ro rang đau tien ve DNA mang thong tin di truyen—theo thi nghiem Avery–MacLeod–McCarty—khi Oswald Avery, cung voi cac đong nghiep Colin MacLeod va Maclyn McCarty, nhan ra DNA tuan theo nguyen ly bien nap trong thi nghiem Griffith vao nam 1943. Vai tro cua DNA trong di truyen đuoc xac nhan vao nam 1952, khi Alfred Hershey va Martha Chase trong thi nghiem Hershey–Chase chi ra rang DNA la vat lieu di truyen cua thuc khuan the T2.
Nam 1953, James Watson va Francis Crick lan đau tien đe xuat mo hinh ma đuoc chap nhan ngay nay voi cau truc DNA chuoi xoan kep đang tren tap chi Nature. Mo hinh phan tu chuoi xoan kep DNA cua ho khi ay dua tren anh chup nhieu xa tia X (con goi la "Anh chup 51") do Rosalind Franklin va Raymond Gosling thuc hien vao thang 5 nam 1952, va dua tren thong tin rang cac base DNA ghep cap voi nhau.
Chung cu thuc nghiem ung ho mo hinh Watson va Crick đuoc cong bo trong mot loat 5 bai bao đang tren cung mot so cua to Nature. Trong cac bai bao nay, bai viet cua Franklin va Gosling la cong trinh đau tien cua chinh ho cong bo du lieu ve nhieu xa tia X va phuong phap phan tich goc giup ung ho mot phan mo hinh cua Watson va Crick; trong so bao nay cung bao gom bai viet ve cau truc DNA cua Maurice Wilkins voi hai đong nghiep cua ong, khi ho thuc hien phan tich anh chup tia X cua dang B-DNA trong co the song (in vivo) ma cung ung ho cho su co mat trong co the song cua cau truc chuoi xoan kep DNA nhu đe xuat cua Crick va Watson ve mo hinh phan tu DNA cua ho trong bai bao dai 2 trang đang o so truoc cua tap chi Nature. Nam 1962, khi ay Franklin đa qua đoi, Watson, Crick, va Wilkins cung nhan Giai Nobel Sinh ly va Y hoc. Do đieu le cua Quy Nobel chi trao giai cho nhung nha khoa hoc con song. Van co nhung tranh luan ve sau lien quan đen nhung ai xung đang đuoc cong nhan lien quan đen kham pha nay.
Trong mot buoi noi chuyen co tam anh huong vao nam 1957, Crick đua ra luan thuyet trung tam cua sinh hoc phan tu, bao hieu truoc ve moi quan he giua cac phan tu DNA, RNA, va protein, va khop noi voi "gia thuyet ve dong thong tin". Chung cu thuc nghiem cuoi cung xac nhan co che sao chep ma ham y cau truc chuoi xoan kep đuoc cong bo vao nam 1958 thong qua thi nghiem Meselson–Stahl. Nhung cong trinh ve sau cua Crick va cac đong nghiep cung nhu cua nhieu nha khoa hoc khac chung to ma di truyen co co so la to hop cua bo ba base khong chong lop nhau, hay con goi la cac codon, cho phep Har Gobind Khorana, Robert W. Holley va Marshall Warren Nirenberg lam sang to ma di truyen. Nhung phat hien nay đa khai sinh ra nganh sinh hoc phan tu.


Xem them Chu thich Tham khao Lien ket ngoai Tu lieu lien quan toi DNA tai Wikimedia Commons