Desoxyribonucleinsäure, DNS, E deoxyribonucleic acid, DNA, langkettiges Polymer aufgebaut aus Desoxyribonucleotiden (Nucleotide mit der namensgebenden Zuckerkomponente 2-Desoxy-D-ribose), das in allen lebenden Zellen und in vielen Viren gefunden wird. Die DNA ist Träger der genetischen Information (Strukturgen) und wird von Generation zu Generation durch identische Verdopplung (Replikation) weitergegeben. Bei Eukaryoten liegt die Hauptmenge der DNA im Zellkern – vergesellschaftet mit Strukturproteinen, den Histonen – als Chromosomen vor. Neben dem Zellkern enthalten auch die Mitochondrien und Plastiden der Eukaryoten kleinere Mengen an DNA. Zwischen den aufgeführten Zellorganellen und dem Zellkern kann es auch zum Austausch von DNA kommen. Die chromosomale DNA von Prokaryoten ist meist ein einzelnes, ringförmig geschlossenes Molekül, das im Cytosol und nicht in einem separaten Zellorganell lokalisiert ist. Daneben besitzen Prokaryoten häufig Plasmide; kleine, ebenfalls ringförmige DNA-Moleküle, die leicht auf andere Prokaryoten übertragen werden können. Für die Gentechnik stellen Plasmide wichtige Transportvehikel für Fremd-DNA dar.
DNA gehört wie die ebenfalls in Zellen vorkommenden Ribonucleinsäuren (RNA) zu den Nucleinsäuren und besteht aus einer kettenförmigen Grundstruktur, in der sich 2-Desoxy-D-Ribose und Phosphatgruppen abwechseln. Phosphodiesterbrücken verbinden dabei die so genannte 3'-Position eines Zuckermoleküls mit der 5'-Position des jeweils nächsten, sodass ein lineares DNA-Molekül entsteht. Dieser DNA-Einzelstrang besitzt folglich eine Polarität, das heißt, das eine Ende des DNA-Strangs besitzt eine freie 5'-, das andere eine freie 3'-Hydroxylgruppe. An Position 1 eines jeden Zuckermoleküls ist eine Base N-glycosidisch gebunden. Bei den Basen handelt es sich um die Purine Adenin und Guanin sowie die Pyrimidine Cytosin und Thymin.
In der Natur kommt DNA meist als Doppelstrangmolekül vor. Die beiden Stränge haben entgegengesetzte Richtung und werden von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen zwei gegenüberliegenden Basen zusammengehalten. Dabei bildet Adenin immer Wasserstoffbrücken zu Thymin aus, Guanin zu Cytosin. Durch die Basensequenz des einen DNA-Stranges wird folglich die des anderen determiniert. Bei der Replikation dient jeder der beiden DNA-Stränge als Matrize für den Aufbau eines neuen komplementären DNA-Strangs.
Aus der Basenpaarung ergibt sich, dass DNA ebenso viel Adenin wie Thymin und Guanin wie Cytosin enthält; die Anzahl der Adenin-Thymin Basenpaare ist jedoch im Allgemeinen nicht gleich der Anzahl der Guanin-Cytosin Basenpaare. Das Verhältnis von Guanin-Cytosin Basenpaaren zu Adenin-Thymin Basenpaaren ist spezifisch für den Organismus aus dem die DNA stammt. In der Abfolge der Basen ist die genetische Information verschlüsselt (genetischer Code). In den meisten Organismen wird nur einer der beiden DNA-Stränge einer bestimmten Region, der codogene Strang, transcribiert. Dabei kann von Region zu Region des Genoms ein Wechsel des codogenen Stranges auftreten. Zur Aufklärung der DNA-Sequenz sind verschiedene automatisierte Verfahren entwickelt worden.
Die dreidimensionale Struktur der DNA wurde 1953 von J. Watson und F. Crick aufgeklärt. Doppelstrang-DNA liegt fast ausschließlich schraubenartig gewunden vor. Heute sind drei Formen der DNA-Doppelhelix bekannt. B-DNA ist die klassische Watson-Crick-Doppelhelix und die vorherrschende Form in lebenden Zellen. Der Durchmesser der rechtsgängigen Helix beträgt 2 nm, benachbarte Basen sind auf der Helixachse 0,34 nm voneinander entfernt und um 36° gegeneinander verdreht. Eine vollständige Helixwindung umfasst 10 Basenpaare (bp). Die Ebenen der Basenpaare stehen dabei senkrecht zur Helixachse. Die Helix ist nicht symmetrisch, wodurch es zur Ausbildung einer größeren und einer kleineren Furche kommt. A-DNA stellt ebenfalls eine rechtsgängige Doppelhelix dar. Eine vollständige Windung enthält 11 bp, die Ebenen der Basenpaare sind um 20° gegen die Senkrechte zur Helixachse geneigt. Die A-Form wird mit regulatorischen DNA-Protein-Wechselwirkungen in Zusammenhang gebracht. Die Wechselwirkung von DNA-bindenden Proteinen, beispielsweise Histonen, Aktivator- oder Repressorproteinen, mit DNA ist von großer Bedeutung für die Regulation der Transcription. Die Z-Form der DNA ist im Unterschied zu A- und B-Form eine linksgängige Doppelhelix mit 12 bp pro Windung.
DNA wird vor der Zellteilung durch Replikation synthetisiert; ein Abbau innerhalb lebender Zellen findet kaum statt (Nucleinsäuren). Um eine hohe Stabilität der in der DNA verschlüsselten genetischen Information zu gewährleisten, besitzen alle Zellen eine Reihe von spezifischen Enzymen, beispielsweise Nucleasen, DNA-Polymerasen oder DNA-Ligasen (Polynucleotid-Ligase), zur Reparatur von DNA-Schäden, die durch chemische Mutagene, durch Strahlung oder durch Fehler während der Replikation verursacht wurden. Der fehlerhafte Bereich wird herausgeschnitten und durch die korrekte Sequenz ersetzt.