第2节DNA分子的结构
学习导读
学习准备
1.发现DNA分子双螺旋结构的是________和________。
2.DNA分子的结构特点：
（1）由两条脱氧核苷酸链________平行盘旋而成的________结构。
（2）外侧：由________和________交替连接构成基本骨架。
（3）内侧：两条链上的碱基通过________形成碱基对。碱基对的形成遵循________，即A一定要和T配对（氢键有2个），G一定要和C配对（氢键有3个）。
3. 双链DNA中腺嘌呤（A）的量总是等于________的量，鸟嘌呤（G）的量一定等于________的量；嘌呤总量等于________总量。
破疑解难
1.在双链DNA分子中。
（1）互补碱基数相等：A=T、C=G
（2）不互补碱基数之和等于总碱基数的一半，即A+C=T+G=A+G=T+C=N/2（N为碱基总数）；或不互补碱基之和占碱基总数的50%，即A+G（嘌呤）=T+C（嘧啶）=A+C=T+G=50%。
2.在DNA分子的一条链中。
（1）一条链中的某碱基数等于其互补链上与之互补的碱基的碱基数，即A1=T2、A2=T1、C1=G2、C2=G1（两条链分别编号为1、2，1链中腺嘌呤数编为A1，2链中腺嘌呤编为A2，其他同理）。
（2）若A1=M、A2=N，则A=M+N。
（3）若一条链中（A1+G1）/（T1+C1）=K，则另一条链中（A2+G2）（/ T2+C2）=1/K；若一条链中（A1+T1）/（G1+C1）=m，则另一条链中（A2+T2）/（G2+C2）=m。
3.DNA分子的结构特点。
（1）稳定性：①基本骨架（脱氧核糖和磷酸的交替排列）固定不变；②两条链之间的碱基互补配对的原则严格不变；③每个DNA分子中的碱基对的数量和排列顺序稳定不变。
（2）多样性：组成DNA的碱基对的排列顺序是极其多样的，不同的DNA分子其碱基对的数量也不尽相同，这就构成了DNA分子的多样性。
（3）特异性：不同的DNA分子具有自己独特的碱基数目和排列顺序。
例题精讲
例1：制成的DNA分子平面结构很像一架“梯子”，那么组成这个“梯子”“扶手”的物质是________和________，它形成了DNA的基本骨架。相当于两个“扶手”间“阶梯”的物质是________，它的形成靠________相连，并严格遵循________原则。
解析：此题主要考查学生对组成DNA的化学成分和空间结构的理解和掌握情况。根据DNA的化学成分和空间结构可知，磷酸分子和脱氧核糖交替排列，位于双螺旋的外侧，它们之间通过磷酸二酯键相连，形成DNA的基本骨架，即所谓“扶手”。两条链上的碱基借氢键将A与T，C与G相连形成碱基对，即“阶梯”，碱基之间遵循严格的互补配对。
答案：磷酸 脱氧核糖 碱基对 氢键 碱基互补配对
例2：有一对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它的结构中有一个腺嘌呤，则同位置的其他组成是（）
A.三个磷酸、三个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶
B.两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶
C.两个磷酸、两个脱氧核糖和一个鸟嘌呤
D.两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胞嘧啶
解析：一个脱氧核苷酸是由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成，因为组成脱氧核苷酸的含氮碱基只有A、T、C、G四种，所以只有4种脱氧核苷酸。又依据题中“有一对氢键连接的脱氧核苷酸”，则必定形成碱基对，按照碱基互补配对原则，与腺嘌呤配对的一定是胸腺嘧啶，而其他成分相同。
答案：B
随堂精练
一、选择题
1.组成DNA分子的基本单位是（）
A.四种碱基
B.四种核糖核苷酸
C.四种脱氧核苷酸
D.四种核苷酸
2.在制作DNA双螺旋模型时，各“部件”之间需要连接。下列连接中，错误的是（）
3.在双链DNA分子中，一条链中的A/T=2/3，那么另一条链的A/T是（）
A.2/3
B.1
C.3/2
D.1/3
4.在1个DNA分子中，有腺嘌呤1500个，腺嘌呤与鸟嘌呤之比是3∶1，此DNA分子中脱氧核苷酸为（）
A.2000个
B.3000个
C.4000个
D.8000个
5.制作DNA的双螺旋结构模型的依据是（）
A.人们观察到的DNA分子结构
B.沃森和克里克提出的双螺旋结构模型
C.人们确定的DNA化学成分
D.人们自行确定的DNA分子结构
二、非选择题
6.已知多数生物的DNA是双链的，个别生物的DNA是单链的。有人从三种生物中提取出核酸，经分析它们的碱基比率如下表。
这表明生物________的核酸是RNA，生物________的核酸是双链DNA，从碱基比率看，双链DNA的特点是：G与C的数目相等，________的数目相等。生物甲的核酸是________。
达标测评
一、选择题
1.某同学制作的DNA双螺旋结构模型中，在一条链中所用碱基模块A∶C∶T∶G为1∶2∶3∶4，则该模型中上述碱基的比在其互补链中应为（）
A.1∶2∶3∶4
B.3∶4∶1∶2
C.1∶1∶1∶1
D.2∶3∶2∶3
2.实验中，加热下列DNA片段，最稳定的是（）
3.现有一待测核酸样品，经检测后，对碱基个数统计和计算得到下列结果：（A+T）/（G+C）=1，（A+G）/（T+C）=1，根据此结果，该样品（）
A.无法被确定是脱氧核糖核酸还是核糖核酸
B.可被确定为双链DNA
C.无法确定是单链DNA还是双链DNA
D.可被确定为单链DNA
4.从某生物组织中提取DNA进行分析，其四种碱基数的比例是G+C占全部碱基数的46%，又知该DNA的一条链（H链）所含的碱基中28%是A，问与H链相对应的另一条链中A占该链全部碱基数的（）
A.26%
B.24%
C.14%
D.13%
5.在含有四种碱基的DNA区段中，有腺嘌呤a个，占该区段全部碱基的比例为b，则（）
A.b≤0.5
B.b≥0.5
C.胞嘧啶为
个
D.胞嘧啶为
个
6.下列对双链DNA分子的叙述不正确的是（）
A.若一条链A和T的数目相等，则另条链A和T的数目也相等
B.若一条链A的数目大于T，则另条链A的数目小于T
C.若一条链的A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4，则另条链相应碱基比为1∶2∶3∶4
D.若一条链的A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4，则另条链的A∶T∶G∶C=2∶1∶4∶3
7.在DNA的各种碱基数量比中，因生物种类不同而有别的是（）
A.（A+C）/（T+G）
B.（A+G）/（C+T）
C.（A+T）/（G+C）
D.A/T
8.在DNA分子中不可能具有的脱氧核苷酸是（）
二、非选择题
9.右图是DNA片段的结构图，请据图回答：
（1）图甲是DNA片段的________结构，图乙是DNA片段的________结构。
（2）填出图中各部分的名称：[1]________、[2]________、[3]________、[4]________、[5]________、[6]________、[7]________。
（3）从图中可以看出DNA分子中的两条长链的外侧是由________和________交替连接，形成DNA的基本骨架。
（4）连接碱基对的化学键是________，碱基配对的方式有两种，即________与________配对，________与________配对。
（5）从图甲可以看出组成DNA分子的两条链的方向是________的，从图乙可以看出组成DNA分子的两条链相互缠绕成________的________结构。
10.不同生物或生物体不同器官（细胞）的DNA分子有关碱基比率如下表：
（1）由表可见，不同种生物的DNA分子的碱基比率显著不同，这一事实表明，DNA分子结构具有________。
（2）猪或牛的各种组织细胞的DNA分子的碱基比率大致相同，这一事实表明，DNA分子结构具有________。
（3）牛的肾和肺的DNA碱基比率相同，原因是________。但精子与肾或肺的DNA碱基比率稍有差异，原因是________。
拓展延伸
制作DNA双螺旋结构模型
【实验原理】
（1）DNA分子具有独特的空间结构——规则的________结构。
（2）DNA分子由两条________的脱氧核苷酸长链盘旋而成，________排列在外侧，排列在内侧。
【目的要求】
通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA分子结构特点的认识和理解。
【材料用具】
曲别针、泡沫塑料、纸片、牙签、橡皮泥等常用物品都可用做模型制作的材料。
【方法步骤】
（1）每个脱氧核苷酸都由（圆形的）________、（五边形的）________、（长方形的）________组成。
（2）填写下表。
【问题讨论】
（1）作为遗传物质，应该储存有大量的遗传信息。DNA只有四种脱氧核苷酸，它是怎样储存足够量的遗传信息的？
（2）DNA分子是如何维持它的遗传稳定性的？
趣味阅读
摘取发现DNA桂冠的竞争
20年代至30年代，物理学家的介入对遗传学的实验技术发展产生了很大的推动作用，特别是X射线结晶技术。关于DNA结构的研究，人们当时已经认识到，这是一场关于获取诺贝尔奖的竞争。在这场激烈的竞争中，摘取诺贝尔桂冠的是英国剑桥大学卡文迪什实验室的沃森和克里克，还有伦敦皇家学院的维尔金斯。在这场竞争中，除了沃森和克里克小组外，还有两个著名的小组：鲍林小组和维尔金斯小组。鲍林在研究化学键的性质和复杂分子结构方面作出了重要的贡献，他因此获得了1954年度的诺贝尔化学奖。维尔金斯和富兰克林在建立DNA分子模型中的作用是非常重要的。富兰克林是一位才能卓越的物理化学家，1951年，她同维尔金斯一起研究DNA分子结构问题。富兰克林由于身患癌症，于1958年去世，而4年后，沃森、克里克和维尔金斯获得了诺贝尔奖。