第二节 DNA的分子结构
学习目标 1.总结组成DNA分子的四种脱氧核糖核苷酸的异同。(重点) 2.掌握DNA分子的结构特点并会进行相应的碱基计算。(重难点) 制作DNA分子双螺旋结构模型。
一、DNA的分子结构
1．元素组成：C、H、O、N、P。
2．基本单位：脱氧核糖核苷酸。它是由一分子的磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基结合而成的，如下图所示。
3．脱氧核糖核苷酸种类
脱氧核糖核苷酸的含氮碱基有四种，分别是：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)。因此脱氧核糖核苷酸也有四种。
二、DNA双螺旋结构
1．提出者：沃森和克里克。
2．结构特点
(1)由两条脱氧核糖核苷酸长链，按反向平行方式向右盘绕成双螺旋结构。
(2)结构
3．DNA分子的特点
(1)稳定性：DNA分子呈现右手双螺旋结构。
(2)多样性：碱基对的排列方法在理论上几乎是无限的。
(3)特异性：碱基对的特定排列顺序构成了DNA分子的特异性。
三、DNA双螺旋结构
1．构建者
美国生物学家沃森和英国物理学家克里克。
2．制作模型
(1)制作原理：DNA的脱氧核糖核苷酸双链反向平行，磷酸与脱氧核糖交替连接，排列在外侧。碱基排列在内侧，碱基对通过氢键连接，碱基互补配对。
(2)制作程序
①制作若干个磷酸、脱氧核糖和碱基
↓整合Ｆ
②若干个脱氧核糖核苷酸
↓连接Ｆ
③脱氧核糖核苷酸链
↓两条Ｆ
④DNA分子的平面结构
↓旋转Ｆ
⑤DNA分子立体结构
1．判断对错
(1)组成DNA分子的基本单位是4种脱氧核苷酸，其中所含的碱基是A、U、G、C。 ( )
(2)在DNA分子中一定存在如下关系C＝T，A＝G。 ( )
(3)双链DNA分子中的每个磷酸都与2个五碳糖连接。 ( )
[答案](1)× 分析：U(尿嘧啶)只在RNA中含有，DNA中含有的是T(胸腺嘧啶)。
(2)× 分析：在DNA分子双链上，A和T配对，C与G配对，一定存在关系：A＝T，G＝C。
(3)× 分析：双链DNA分子中大多数磷酸与2个五碳糖连接，位于末端的磷酸只与1个五碳糖连接。
2．下列各项中，能正确表示DNA分子中脱氧核苷酸对的是( )
A [DNA分子中的碱基互补配对原则为A与T配对，G与C配对，A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键，两条链反向平行，所以A正确；B、D配对方式不对，C两条链方向不对。]
3．在双键DNA分子中，与腺嘌呤配对的碱基是( )
A．胸腺嘧啶 B．胞嘧啶
C．尿嘧啶 D．鸟嘌呤
A [组成DNA分子的碱基有4种，它们之间遵循碱基互补配对原则，即腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)配对，鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)配对，故选A。]
DNA的分子结构
[思考交流]
1．一分子DNA中，脱氧核糖核苷酸的数量与含氮碱基的数量是否相等？
提示：相等，因一分子脱氧核糖核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成。
2．DNA彻底水解会得到几种物质？
提示：6种，即磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。
3．由1 000个碱基最多可形成几种DNA分子？
提示：可形成4500种DNA分子。
4．双链DNA分子中碱基配对规律是什么？配对的碱基间有什么关系？
提示：碱基互补配对原则。即A只与T配对，G只与C配对，所以A＝T，G＝C，且嘌呤数等于嘧啶数。
1．DNA分子的结构
巧记DNA的分子结构：
五(种元素)、四(种碱基或脱氧核糖核苷酸)、三(种物质或小分子○??)、二(条长链)、一(种双螺旋结构)
2．DNA分子的特性
(1)多样性：若一段DNA分子由n个碱基对组成，每一位置都有A、T、C、G四种可能性，则共有4n种碱基排列顺序。
(2)特异性：每个DNA分子都有其特定的碱基排列顺序，蕴藏着特定的遗传信息。
(3)稳定性
特别提醒：(1)每个DNA片段中有2个游离的磷酸基团，各在两条链的其中一端。
(2)氢键数目计算：A与T间可构成2个氢键，G与C间可形成3个氢键，故G—C比例越大的DNA分子，其氢键数目越多，DNA分子越稳定。
(3)氢键：可用解旋酶和加热法将其断裂。
3．DNA分子中碱基计算常用规律(1、2分别代表DNA分子的两条链，下同)
规律1：互补的两个碱基数量相等，即A＝T，C＝G。
规律2：任意两个不互补的碱基数量之和占总碱基数的50%，即嘌呤数之和＝嘧啶数之和＝总碱基数×50%，A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝(A＋T＋C＋G)×50%，＝＝1。
规律3：一条链中互补的两种碱基的和等于另一条链中这两种碱基的和，即A1＋T1＝A2＋T2，G1＋C1＝G2＋C2。
规律4：一条链中互补的两种碱基数量之和占该单链碱基数的比例等于DNA分子两条链中这两种碱基数量之和占总碱基数的比例，即
＝＝，＝＝。
规律5：一条链中两种不互补碱基之和的比值，与另一条链中该比值互为倒数，即若一条链中(或)＝K，则另一条链中(或)＝。
1．如图是人体细胞中某DNA片段结构示意图。有关叙述正确的是( )
A．图中M可表示腺嘌呤或胸腺嘧啶
B．图中N键的名称为磷酸二酯键
C．DNA分子中(A＋C)/(T＋G)的比值一定等于1
D．DNA分子中(A＋T)/(C＋G)的比值越高，DNA的稳定性越高
C [图中的M可表示脱氧核苷酸，A错误；图中N键的名称为氢键，B错误；DNA分子中，A＝T、G＝C，(A＋C)/(T＋G)的比值一定等于1，C正确；DNA分子中，A和T之间两个氢键，G和C之间三个氢键，DNA分子中G和C的比例越高，DNA的稳定性越高，D错误。]
2．细胞内某一DNA片段中有30%的碱基为A，则该片段中( )
A．G的含量为30%
B．U的含量为30%
C．嘌呤含量为50%
D．嘧啶含量为40%
C [在DNA分子中，A＝T，G＝C，故嘌呤的含量＝嘧啶的含量＝50%。A占30%，则G占50%－30%＝20%。DNA分子中不含U。]
DNA双螺旋结构
[思考交流]
1．写出脱氧核糖核苷酸的化学元素组成、结构和种类。
提示：脱氧核苷酸的基本组成元素是C、H、O、N、P，每一分子脱氧核糖核苷酸又是由一分子磷酸、一分子含氮碱基和一分子脱氧核糖构成的，由于碱基的不同，脱氧核苷酸有4种。
2．模型中A—T与G—C碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有什么样的特点？
提示：具有稳定直径的特点。
3．两条长度相同的双链DNA分子，其结构上的差异体现在哪里？
提示：主要体现在双链内侧碱基的排列顺序中。
1．DNA分子结构层次
基本组成元素：C、H、O、N、P
↓
基本组成物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基
↓
基本组成单位：脱氧核糖核苷酸(4种)
↓
DNA单链：脱氧核糖核苷酸链
↓
DNA双链
↓
空间结构：DNA分子双螺旋结构
2．制作DNA双螺旋结构模型
(1)使用各种材料分别“制作”若干个磷酸、脱氧核糖、碱基；将各种配件整合在一起，并连接成脱氧核糖核苷酸链；连接两条脱氧核糖核苷酸链，拼成DNA分子平面结构图；再“旋转”成双螺旋结构。
(2)根据设计计划，对制作的DNA分子双螺旋结构模型进行检查，对模型的不足加以修正。
3．注意事项
(1)熟悉制作模型用的各种零件代表的物质，写出4种碱基的字母名称。
(2)两条链的长度、碱基总数一致，碱基互补、方向相反。
(3)磷酸、脱氧核糖、碱基三者之间的连接部位要正确。
(4)制作中各零件连接应牢固，避免旋转时脱落。
(5)各组模型制作以不同数量和顺序的(A—T、C—G、T—A、G—C)四种碱基对排列，领悟DNA分子的多样性。
如图表示某同学在制作DNA双螺旋结构模型时，制作的一条脱氧核苷酸链，下列叙述不正确的是( )
A．能表示一个完整脱氧核苷酸的是图中的a或b
B．图中与每个五碳糖直接相连的碱基只有1个
C．相邻脱氧核苷酸之间通过化学键③连接起来
D．从碱基上看，缺少的碱基是T
A [图中所示a表示的是一个完整的脱氧核苷酸，b中连接的磷酸是碱基C所在的脱氧核苷酸，且b中不是完整的五碳糖；图中与五碳糖直接相连的碱基只有一个；图中③处表示的是磷酸二酯键，相邻的脱氧核苷酸之间通过此键相连接；脱氧核苷酸中的碱基共有4种，即A、G、C、T。]
1．在DNA分子模型搭建实验中，如果用一种长度的塑料片代表A和G，用另一长度的塑料片代表C和T，那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型( )
A．粗细相同，因为嘌呤环必定与嘧啶环互补
B．粗细相同，因为嘌呤环与嘧啶的空间尺寸相似
C．粗细不同，因为嘌呤环不一定与嘧啶环互补
D．粗细不同，因为嘌呤环与嘧啶的空间尺寸不同
A [DNA分子由两条反向平行的长链盘旋成规则的双螺旋结构，两条单链之间由嘌呤和嘧啶组成的碱基对相连，遵循碱基互补配对原则。由此可知，DNA分子双螺旋模型粗细相同，且由嘌呤环和嘧啶环构成的碱基对的空间尺寸相似。A项符合题意。]
2．在搭建DNA分子模型的实验中，若有4种碱基塑料片共20个，其中4个C，6个G，3个A，7个T，脱氧核糖和磷酸之间的连接物14个，脱氧核糖塑料片40个，磷酸塑料片100个，代表氢键的连接物若干，脱氧核糖和碱基之间的连接物若干，则( )
A．能搭建出20个脱氧核糖核苷酸
B．所搭建的DNA分子片段最长为7个碱基对
C．能搭建出410种不同的DNA分子模型
D．能搭建出一个4碱基对的DNA分子片段
D [每个脱氧核糖核苷酸中，脱氧核糖数＝磷酸数＝碱基数，因脱氧核糖和磷酸之间的连接物是14个，故最多只能搭建出14个脱氧核糖核苷酸，A项错误。DNA分子的碱基中A＝T、C＝G，故提供的4种碱基最多只能构成4个C—G对和3个A—T对，但由于脱氧核糖核苷酸之间结合形成磷酸二酯键时还需要脱氧核糖和磷酸之间的连接物，故7个碱基对需要的脱氧核糖和磷酸之间的连接物是14＋12＝26(个)，B项错误。设可搭建的DNA片段有n个碱基对，按提供的脱氧核糖和磷酸之间的连接物是14个计算，则有14＝n×2＋(n－1)×2，得n＝4，故能搭建出少于44种不同的DNA分子片段，C项错误、D项正确。]
1．1953年，沃森和克里克建立了DNA分子的结构模型，两位科学家于1962年获得诺贝尔生理学奖或医学奖。关于DNA分子双螺旋结构的特点的叙述错误的是( )
A．DNA分子由两条反向平行的链组成
B．脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧
C．碱基对构成DNA分子的基本骨架
D．两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对
C [脱氧核糖和磷酸交替连接构成DNA分子的基本骨架。]
2．下列能正确表示DNA片段的示意图是( )
D [DNA通常为双链结构，由含有A、T、C、G四种碱基的脱氧核苷酸组成。A与T配对，之间有两个氢键；G与C配对，之间有三个氢键。DNA分子的两条链反向平行。]
3．一条双链DNA分子，G和C占全部碱基的44%，其中一条链的碱基中，26%是A、20%是C，那么其互补链中的A和C分别占该链全部碱基的百分比是( )
A．28%和22% B．30%和24%
C．26%和20% D．24%和30%
B [该DNA分子中G＋C占全部碱基的44%，则其中一条链中G＋C也占此链的44%，又知此链26%A、20%C，则此链中T＝30%、G＝24%，故其互补链中A、C分别占30%、24%。]
4．下图为大肠杆菌的DNA分子结构示意图(片段)。请据图回答问题。
(1)图中1表示________，2表示________，1、2、3结合在一起的结构叫________，其排列顺序中蕴藏着________。
(2)图中3有________种，中文名字分别是________。
(3)含有200个碱基的某DNA片段中碱基间的氢键共有260个。则
①该DNA片段中共有腺嘌呤________个，C和G共________对。
②在DNA分子稳定性的比较中，________碱基对的比例越高，DNA分子稳定性越高。
[解析](1)DNA、脱氧核苷酸、碱基之间的关系可表示为：
(2)图中3应为碱基，由于有3个氢键存在，因此应为C(胞嘧啶)或G(鸟嘌呤)。
(3)①A、T碱基对间的氢键个数为2，G、C碱基对间的氢键个数为3，设腺嘌呤x个，则T有x个，G＝C，有100－x个，所以A-T之间的氢键为2x，C-G之间的氢键有3(100－x)个，根据题意，求解x＝40个，故腺嘌呤有40个，G与C共60对。
②由于G、C碱基对间的氢键数为3个，比A、T碱基对之间的氢键数多，因此，G、C碱基对的比例高时，DNA分子稳定性高。
[答案](1)磷酸 脱氧核糖 脱氧核糖核苷酸 遗传信息
(2)2 鸟嘌呤、胞嘧啶
(3)①40 60 ②C和G
课件49张PPT。第三单元 遗传与变异的分子基础第一章 遗传的物质基础
第二节 DNA的分子结构四C、H、O、N、P脱氧核糖核苷酸磷酸脱氧核糖含氮碱基腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)A、T、C、G双螺旋沃森和克里克脱氧核糖核苷酸反向平行特定排列顺序右手双螺旋结构排列方法
沃森克里克反向磷酸与脱氧核糖氢键互补配对脱氧核糖核苷酸磷酸、脱氧核糖和碱基立体平面DNA的分子结构 DNA双螺旋结构 点击右图进入…Thank you for watching !
