DNA分子构成了所有已知生命的基础，因为它的结构使它能够在活细胞内轻松复制，使它们能够繁殖。一个生物体的遗传信息包含在其DNA中，需要准确的复制来将这些信息传递给后代。细胞核内遗传物质的复制被称为DNA复制。它发生的机制被称为半保守复制，它涉及到分子分裂成两个部分，每个部分形成一个完整的新分子的模板。然后，细胞内可用的材料被添加到这些模板中以完成这一过程。

DNA的结构

每个DNA分子由两条链组成，由糖和磷酸盐基团组成，在它们之间有被称为碱基的分子构成联系。有四种不同的碱基：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）。每个碱基，连同它所连接的糖和磷酸盐基团，被称为核苷酸。两条链通过碱基之间的氢键结合在一起；A与T结合，C与G结合，因此它们形成的对被称为互补碱基对。

这些链子形成了双螺旋，或两个平行的螺旋结构，而碱基对则横跨链子之间的间隙。DNA分子通常是紧密盘绕的，反复多次，并形成被称为染色体的结构。一个生物体的完整遗传信息或基因组包含在一组染色体中；人类基因组包含约30亿个碱基对。在细胞分裂之前，DNA复制形成一套新的染色体。复制过程可以分解为若干阶段，每个阶段都由酶控制。

分割

为了进行复制，DNA链必须被分开。碱基对之间的氢键在正常情况下足以将链子固定在一起，但在需要时又弱到足以让它们轻易被拉开。由于分子通常处于高度盘绕状态，没有一些帮助，两条链就不会分开。被称为回旋酶的酶的工作是放松或解开DNA，而被称为螺旋酶的酶开始解开它，打破碱基对之间的氢键。然后，特殊的蛋白质与分离的链结合，以保持它们分开并允许复制发生。

重复

核苷酸独立于DNA存在于细胞核中，或者在细菌的情况下，存在于细胞液中。当一个DNA分子被分裂时，这些游离的核苷酸与每条链上未配对的互补碱基结合--A到T和C到G--形成一个新的双链分子。这一过程是由被称为DNA聚合酶的酶促成的。所产生的两个副本各有一条新链和一条来自原始分子的链。这就是为什么DNA复制被称为半保守的原因--每个分子的一半是新的，一半是从其母体保存下来的。

分裂和复制的过程是重叠的。当链子分开时，新的互补链被建立起来，同时沿着双螺旋继续分裂。大多数生物体内的DNA分子非常长，因此，在许多地方同时进行分裂和复制会更有效率。这些地方被称为复制的起源。当两个这样的原点相遇时，被称为连接酶的酶将新链连接在一起。

错误检查

复制过程是非常准确的，但错误也会发生。有时，错误的碱基组合之间会形成结合。例如，G偶尔会与T而不是A结合。碱基也可能以稍微不同的形式存在，并以其他不正确的配对方式结合。

通常情况下，每1亿个碱基对键就有一个左右的错误。在人类中，这将导致每次完整的复制都有大约30个错误。然而，有一些错误检查和纠正机制可以非常有效地检测和修复错误。例如，不匹配的碱基对之间的结合是相对不稳定的，协助复制过程的聚合酶也可以分离出一个不正确的核苷酸，允许添加一个新的、正确的核苷酸。这些都使每次复制的平均错误数量减少到大约三个。

复制错误：突变、癌症和进化

DNA复制的错误在个体层面上通常是一件坏事。它们可能导致突变，而突变通常是不利的；它们可能导致癌症或其他危及生命的疾病。另一方面，如果没有这些错误，人类和今天已知的其他生物体就不会存在。偶尔，一个突变可以带来优势，增加一个生物体存活足够长的时间来繁殖和传递有利的变化，然后变得更加普遍。这就是进化的过程：复制错误使生物体能够适应不断变化的环境，并进化成新的生命形式。