第2节 DNA分子的结构
DNA的分子结构
化
学
组
成
DNA是由成百上千的四种脱氧核苷酸聚合而成的 __________长链
化学组成单位 —— __________=1分子脱氧核糖+1分子磷酸+1分子含氮碱基
两条
脱氧核苷酸
含氮碱基有四种 脱氧核苷酸有 种
种
类
和
结
构
腺嘌呤（A） 腺嘌呤脱氧核苷酸
鸟嘌呤（G） 鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶（C） 胞嘧啶脱氧核苷酸
胸腺嘧啶（T） 胸腺嘧啶脱氧核苷酸
DNA分子的结构：
(1)由两条反向平行的脱氧核苷酸长链组成 。
(2)外侧：脱氧核糖和磷酸交替排列，构成基本骨架。
内侧：双链间碱基通过 __________连接而成碱基对。
四
双螺旋结构
氢键
(3)碱基互补配对原则： 。
关于碱基配对规律的有关计算：
①DNA双链中的两个不互补的碱基之和的比值 。
(A+G)/(T+C)=(A+C)/(T+G)=1
②任意两个不互补的碱基比率之和占总数的 __________。
(A+G)=(T+C)=(A+C)=(T+G)=50%
③DNA中一条链上的非互补碱基对之和的比值是另一条互补链的这个比值的 __________。
A＝ T
，C≡G
相等
50%
倒数
④DNA中互补碱基对之和的比率与任一条单链中同样的两个碱基之和的比率 __________。
(4)结构特点：稳定性：①DNA中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变。②两条链间碱基互补配对的方式不变。
多样性：DNA分子中碱基对排列顺序多种多样。
特异性：每种DNA有区别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。
相等
方法提示：
DNA结构的“五、四、三、二、一”记忆：
五种元素：C、H、O、N、P；
四种碱基：A、T、C、G，相应的有四种脱氧核苷酸；
三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基；
二条长链：两条反向平行的脱氧核苷酸链；
一种螺旋：规则的双螺旋结构。
特别说明：
不同个体的DNA是不相同的，但对同一个体不同的体细胞中的细胞核内的DNA来说一般是相同的。经过复制得到的两条姐妹染色单体中的DNA一般也是相同的。
DNA的分子结构可用数学模型“点→线→面→体”表示即“脱氧核苷酸→脱氧核苷酸链→二条链连接成的平面→规则的双螺旋结构”。
1.元素组成：C、H、O、N、P(不含S)。
2.基本单位：脱氧核苷酸，如右图所示，其中○表示一分子磷酸；表示一分子脱氧核糖；表示含氮碱基,构成DNA分子的含氮碱基共有4种，即A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)。
脱氧核糖的结构简式如下图：
在脱氧核苷酸分子中，特别要注意三个小分子之间的连接，其中，脱氧核糖的1号碳原子与含氮碱基相连，5号碳原子与磷酸分子相连。
3.一条脱氧核苷酸单链中，相邻脱氧核苷酸之间的连接如右图所示。一分子脱氧核苷酸中脱氧核糖的3号碳原子与另一分子脱氧核苷酸中的磷酸通过形成新的化学键(磷酸二酯键)相连接。

4.两条单链之间形成的碱基对表示如下：
(1)碱基之间的配对方式有两种，即上图所示的A一定与T配对，G一定与C配对。
(2)配对的碱基之间以氢键相连，A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。
(3)配对的两个脱氧核苷酸方向相反，尤其要注意脱氧核糖的位置。
5.DNA分子形成规则的双螺旋结构
(1)两条链反向平行;
(2)外侧为脱氧核糖与磷酸交替排列；
(3)内部为碱基互补配对。
6.总结DNA结构的主要特点
(1)DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。（“反向”：一条链是5′→ 3′，另一条链是3′→5′）
(2)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在DNA分子的外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。
(3)碱基互补配对原则
两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：A—T、G—C（A一定与T配对，G一定与C配对)。
1.(双选) （2009年广东卷）有关DNA分子结构的叙述，正确的是（ ）
A.DNA分子由4种脱氧核苷酸组成
B.DNA单链上相邻碱基以氢键连接
C.碱基与磷酸相连接
D.磷酸与脱氧核糖交替连接构成
DNA链的基本骨架
解析：DNA双链上相对应的碱基以氢键连接，单链上相邻碱基之间通过脱氧核糖和磷酸二酯键联系起来，脱氧核糖和磷酸交替排列在外侧，构成DNA 链的基本骨架。碱基排列在内侧，与脱氧核糖直接相连。
答案： AD
2.(双选)（2009 年惠州二模）右图表示DNA片段，有关该图的叙述中，正确的是（ ）
A．②③④构成了DNA的基本组成单位
B．②③的特定排列顺序所含的遗传信息能指导蛋白质的合成
C．解旋酶可使⑤处的化学键断裂
D．DNA的一条链中碱基含量A=T、C=G
解析：②为磷酸、③为脱氧核糖，它们是交替排列的，没有特异性，不含遗传信息。DNA的一条链中碱基含量没有关系，双链中碱基含量A=T、C=G。
答案： AC
DNA分子中碱基的计算方法与规律
（ A1-G 1 ）/G 1 =40%①
（A1+G1）/ 200 =24%②
解出A1=28，再依等量代换：T2=A1=28，即胸腺嘧啶占该链碱基数目的28％。
答案：D
名师点睛 ：对此类题目要分三步进行分析：①搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子的碱基比例，还是占DNA分子一条链的碱基比例。②画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。③根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。
从某生物组织中提取DNA进行分析，其中鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46％，又知该DNA分子的一条链（H链）所含的碱基中28％是腺嘌呤，24％是胞嘧啶，则与H链相对应的另一条链中，腺嘌呤、胞嘧啶分别占该链全部碱基数的（ ）
A．26％、22％ B．24％、28％
C．14％、11％ D．11％、14％
解析：本题考查DNA分子中有关碱基比例的计算。由DNA分子中G与C之和占全部碱基的
46％，可知DNA分子中A与T之和占全部碱基的54％，则在DNA分子双链中A=T=27％，G=C=23％，H链中A占28％，C占24％，则与H链相对应的另一条链中，A占2×27％－28％=26％，C占2×23％－24％＝22％。
答案： A
实验课题：制作DNA双螺旋结构模型
一、实验原理
DNA分子双螺旋结构由两条脱氧核苷酸链组成的。双螺旋结构外侧的每条长链，是由脱氧核糖与磷酸交互连接形成的，两条长链以反向平行方式向右盘绕成双螺旋，螺旋直径为2 nm，螺距为3.4 nm；两条长链上对应碱基以氢键连接成对，对应碱基的互补关系为：A—T、C—G（T—A、G—C），碱基对位于双螺旋结构内侧，每个螺距有10对碱基，两个相邻碱基对平面的垂直距离为0.34 nm。
二、材料用具
硬塑方框2个(长约10 cm)、细铁丝2根(长约0.5 m)、球形塑料片(代表磷酸)、双层五边形塑料片(代表脱氧核糖)、四种不同颜色的长方形塑料片(代表四种不同碱基)、粗铁丝2根(长约10 cm)、代替氢键的连接物（如订书钉）。
1.方法步骤
(1)取一个硬塑方框，在硬塑方框一侧的两端各拴上一条长0.5 m的铁丝。
(2)将一个剪好的球形塑料片(代表磷酸)和一个长方形塑料片(四种不同颜色的长方形塑料片分别代表四种不同的碱基)，分别用订书钉连接在一个剪好的五边形塑料片(代表脱氧核糖)上，制成一个个含有不同碱基的脱氧核苷酸模型。
(3)将12个制成的脱氧核苷酸模型，按碱基(从上到下)GAAAGCCAGTAT的顺序依次穿在一条长细铁丝上。按同样方法制作好DNA的另一条链(注意碱基的顺序及脱氧核苷酸的方向)，用订书钉将两条链之间的互补碱基连接好。
(4)将两条铁丝的末端分别拴到另一个硬塑方框一侧的两端，并在所制模型的背侧用两根较粗的铁丝加固。双手分别提起硬塑方框，拉直双链，旋转一下，即可得到一个DNA分子的模型。
2.结果记录
由每小组选一个代表介绍本小组的作品并说明DNA分子的结构特点, 老师与其他同学给予评价和记录，并评选出最优秀的制作小组。
3.实验结论
DNA分子具有特殊的空间结构——规则的双螺旋结构，这一结构的主要特点是：
(1)DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成。
(2)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。
(3)DNA分子两条链上的碱基按照互补配对原则两两配对，并且以氢键连接。
4.实验评价
所制作的模型与你的预期相吻合吗？如果不吻合，你认为是什么原因造成的？
答案：吻合。如果不吻合，可能的原因有：①组装的脱氧核苷酸结构出现错误，但没有及时发现。②没有按照碱基互补配对的原则，将两条多核苷酸长链互相连接，而是随意连接。③制作模型时不认真，对实验步骤不熟悉，等等。(根据你的实验结果，作出相应回答)
1.制作“脱氧核苷酸模型”：按照每个脱氧核苷酸的结构组成，挑选模型零件，组装成若干个脱氧核苷酸。
2.制作“多核苷酸长链模型”：按照一定的碱基排列顺序，将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成一条多核苷酸长链。在组装另一条多核苷酸长链时，方法相同，但要注意两点：一是两条长链的脱氧核苷酸数目必须相同；二是两条长链并排时，必须保证碱基之间能够相互配对，不能随意组装。这是实验成败的关键所在。
3.制作DNA分子平面结构模型：按照碱基互补配对的原则，将两条多核苷酸长链互相连接起来。
4.制作DNA分子的立体结构(双螺旋结构)：把DNA分子平面结构旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋结构模型。
1．从DNA的组成成分的分析表明下列的碱基相关比值中，可变的是（ ）
A．A/T B.G/C
C.(A+T)/(G+C) D.(A+G)/(T+C)
解析：A/T＝1，G/C＝1，(A+G)/(T+C)＝1 ,而(A+T)/(G+C)的比值是可变的。
答案： C
2．某DNA分子中，G＋C之和占全部碱基的35.8%，一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%，则它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的（ ）
A．32.9％和17.l％ B．31.3％和18.7％
C．18.7％和31.3％ D．17.l％和32.9％
解析：由于DNA分子中（G＋C）之和在双链中的比例与一条链中的G+C占该链的比例相等，可推出该已知链中G＋C＝358%，又因T与C各占32.9%与171%，可求出该链中的A为1－(G＋C＋T)＝1－(35.8%＋32.9%)＝31.3%，G＝35.8%－17.1%＝18.7%。其互补链中T和C分别与该链中A与G含量相等。
答案： B
1.（2009年大同中学模拟）碱基互补配对原则可发生在下列哪些结构中（ ）
①线粒体 ②高尔基体 ③叶绿体 ④核糖体 ⑤中心体 ⑥细胞核
A.②⑥ B.①②③④⑤⑥
C.①③④⑥ D.①③⑤⑥
解析：DNA双螺旋结构具有碱基互补配对，发生DNA复制和转录形成RNA以及蛋白质合成的过程中也有碱基互补配对，线粒体、叶绿体和细胞核中都有DNA分子，核糖体内完成蛋白质的合成。
答案：C
3.（2009年揭阳二模，改编）决定双链DNA遗传特异性的是（ ）
A．脱氧核苷酸链上脱氧核糖和磷酸的排列顺序
B．嘌呤总数和嘧啶总数的比值
C．碱基互补配对原则
D．碱基数目及排列顺序
解析：在DNA中只有碱基的数目与排列顺序是可变的，对于A、B、C三个选项中的内容都是不同DNA分子共有的特点。
答案：D
4.（2009年江苏启东中学模拟）在DNA分子双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有3个氢键。现有四个DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌（生活在高温环境中）的是（ ）
A.含胸腺嘧啶32%的样品
B.含腺嘌呤17%的样品
C.含腺嘌呤30%的样品
D.含胞嘧啶15%的样品
.解析：DNA分子双螺旋结构在高温条件下会分解，但不同的DNA分子，其发生分解的温度不同。A—T 之间形成2个氢键、G—C之间形成3个氢键，因此G—C含量越多的生物，其DNA 的稳定性就越强。
答案：B
7．下列叙述中正确的是（ ）
A．DNA分子结构的多样性取决于4种碱基配对方式的多样B．生物界的丰富多彩，起决定作用的是DNA的多样性
C．体现生物界多样性的是核酸的多样性
D．没有RNA的多样性，就没有蛋白质的多样性
.解析：DNA多样性决定RNA多样性，RNA多样性决定蛋白质多样性，蛋白质多样性体现生物性状多样性。
答案：BD
8.下列关于生物大分子的叙述，正确的是（ ）
A．蛋白质是由多个氨基酸分子通过肽键相互连接而成的高分子化合物
B．DNA是一切生物遗传信息的载体
C．酶是生物体产生的具有催化活性的生物大分子
D．RNA通常只有一条链，它的碱基组成与DNA完全不同
解析：本题考查的是DNA、RNA、蛋白质几种大分子的结构和特性；一切生物体的遗传信息是核酸，有些是DNA，有些是RNA。RNA通常只有一条链，它的碱基组成是A、U、C、G；DNA的碱基组成是A、T、C、G。
答案：AC
9.（2009年北京景山中学模拟）已知多数生物的DNA是双链结构，也有个别生物的DNA是单链的。有人从三种生物中提取核酸，经分析它们的碱基比例如下表：
（1） 组为RNA。
（2） 组为双链DNA，原因是 。
（3） 组为单链DNA，原因是 。
答案：（1）丙 （2）甲 含碱基T，且A=T，C=G
（3）乙 含碱基T，但A与T、C与G未互补存在
12.下图是DNA分子结构模式图，请根据图回答下列问题：
（1）组成DNA的基本单位是［ ］ ，这是由［ ］ 、［ ］ 和［ ］ 所组成，其中［ ］ 共四种，其中 是DNA所特有的。
（2）DNA分子长链的基本骨架是由［ ］ 和［ ］ 组成，位于外侧，两条链之间有许多横档，每个横档是两个［ ］ 通过 连接起来形成［ ］ 。
答案：（1）4 脱氧核苷酸 1 磷酸 2 脱氧核糖 3 含氮碱基 3 含氮碱基 T（胸腺嘧啶）（2）1 磷酸 2 脱氧核糖 3 含氮碱基 氢键 5 碱基对
祝
您
学业有成