1、 1 第二節 DNA的分子結構和特點 學習目標 1.概述DNA分子的雙螺旋結構及特點。2.學會“制作DNA雙螺旋結構模型”的構建過程。3.通過制作DNA雙螺旋結構模型，進一步理解其結構特點并掌握有關的計算規律。 一、DNA分子的結構 1. 核苷酸是核苷和磷酸連接起來的結構單元，其中的核苷又是含氮堿基與脫氧核糖結合形成的單位。 2.DNA 分子的基本單位是脫氧核苷酸，DNA 分子是脫氧核苷酸的多聚體。由于組成脫氧核苷酸的堿基只有4種，分別是腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)，因此，脫氧核苷酸也有4 種，分別是腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸、胞嘧啶脫氧核苷酸和胸腺嘧 啶脫

2、氧核苷酸。 歸納總結 DNA的分子組成 例1 (2018·紹興測試)如圖表示的是DNA和RNA組成的結構示意圖，下列有關說法中正確的是( ) A.人體細胞中都有5種堿基和8種核苷酸 B.硝化細菌的遺傳物質由5種堿基構成 C.藍細菌的線粒體中也有上述兩種核酸 D.DNA徹底水解后得到的產物中有脫氧核糖而沒有核糖 答案 D 2 解析 在人體成熟紅細胞中不含DNA、RNA，因而紅細胞內也不含堿基和核苷酸；硝化細菌的遺傳物質是DNA，只由4種堿基構成；藍細菌屬于原核生物，無線粒體。 例2 (2018·金華測試)下列圖中所示的核苷酸中，在DNA結構中不可能具有的是( ) 答案 B 解

3、析 DNA的基本組成單位脫氧核苷酸是由脫氧核糖、磷酸、含氮堿基結合而成的，其含氮堿基中不含尿嘧啶(U)。 二、DNA分子的結構特點 1.沃森和克里克認為：DNA 分子的立體結構是規則的雙螺旋結構。 2.DNA分子結構的主要特點 (1)DNA分子是由兩條長鏈組成的， 并按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構。其中每條鏈上的一 個核苷酸以脫氧核糖與另一個核苷酸上的磷酸基團結合，形成主鏈的基本骨架，并排列在主 鏈的外側，堿基位于主鏈的內側。 (2)DNA 分子一條鏈上的核苷酸堿基總是跟另一條鏈上的核苷酸堿基互補配對，兩條鏈上的核 苷酸堿基由氫鍵連接。堿基互補配對原則是：腺嘌呤(A)與胸腺嘧啶 (T)通過兩個

4、氫鍵相連，鳥嘌呤(G)與胞嘧啶 (C)通過三個氫鍵相連。 (3)雙鏈DNA分子中堿基AT，GC，但是AT的量不一定等于GC的量，這就是DNA中堿基含量的卡伽夫法則。 歸納總結 1.DNA結構的“五、四、三、二、一”記憶 五種元素：C、H、O、N、P； 四種堿基：A、G、C、T，相應地有四種脫氧核苷酸； 三種物質：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基； 二條長鏈：兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈； 一種螺旋：規則的雙螺旋結構。 2.DNA中兩條鏈反向平行，每條鏈有一個游離的磷酸基團；一條鏈內的相鄰堿基由脫氧核糖磷酸基團脫氧核糖連接；兩條鏈之間的堿基由氫鍵連接形成堿基對，AT之間有2個氫鍵，GC之間有3個氫鍵；相同

5、長度的DNA分子，GC堿基對越多，氫鍵越多，DNA分子越穩定。 3 例3 如圖表示DNA片段的結構圖，請據圖回答： (1)圖甲是DNA片段的_結構，圖乙是DNA片段的_結構。 (2)填出圖中部分結構的名稱：_；_；_。 (3)從圖中可以看出DNA分子中的兩條鏈的基本骨架是由_和_交替連接構成的。 (4)連接堿基對的4是_，堿基配對的方式如下：即_與_配對；_與_配對。 (5)圖甲中表示了_種_個脫氧核苷酸。 (6)從圖甲可以看出組成DNA分子的兩條鏈的方向是_的，從圖乙可以看出組成DNA分子的兩條鏈相互纏繞成_結構。 答案 (1)平面 立體(或空間) (2)一條脫氧核苷酸單鏈片段 脫氧核糖 腺

6、嘌呤脫氧核苷酸 (3)脫氧核糖 磷酸 (4)氫鍵 A(腺嘌呤) T(胸腺嘧啶) G(鳥嘌呤) C(胞嘧啶) (5)4 8 (6)反向平行 規則的雙螺旋 例4 下面對DNA結構的敘述中，錯誤的一項是( ) A.DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側 B.DNA分子中的兩條鏈反向平行 C.DNA分子中氫鍵數目和堿基數目一定相等 D.DNA分子中堿基之間一一對應配對的關系是堿基互補配對原則 答案 C 解析 在DNA分子中，AT、GC，脫氧核糖與磷酸交替連接，排列在DNA外側，共同構成DNA分子的基本骨架；DNA分子兩條鏈反向平行；AT間是2個氫鍵，GC間是3個氫鍵，氫鍵數目和堿基數目不相等

7、。 三、制作DNA雙螺旋結構模型 1.實驗原理 (1)DNA 分子由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋而成。 (2)DNA 分子中脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側，構成基本骨架。 (3)DNA 分子兩條鏈上的堿基按照堿基互補配對原則兩兩配對，并且以氫鍵連接。 4 2.實驗步驟 (1) 用不同顏色的卡紙剪成長方形堿基，用其他顏色的卡紙剪成圓形代表磷酸，另一種顏色的 卡紙剪成五邊形，代表脫氧核糖。 (2)使用訂書機將磷酸、脫氧核糖、堿基連接，制作成一個個含有不同堿基的脫氧核苷酸模型。 (3)用訂書機把一個個脫氧核苷酸模型連接起來， 形成一條多核苷酸的長鏈；根據堿基互補配對原則，制作一條與這條鏈完全

8、互補的脫氧核苷酸長鏈。 (4)將脫氧核苷酸中的磷酸固定在細鐵絲上，然后把兩條鏈平放在桌子上，用訂書機把配對的堿基兩兩連接在一起。 (5)將兩條鏈的末端分別與硬紙方塊連接在一起，兩手分別提起硬紙方塊，輕輕旋轉，即可得到一個DNA 分子雙螺旋結構模型。 注意事項：選材時，用不同形狀、不同大小和不同顏色的材料分別代表脫氧核糖、磷酸和 不同的堿基。要選用有一定強度和韌性的支架和連接材料。 例5 (2015·浙江10月選考)如圖表示某同學制作的DNA雙螺旋結構模型的一個片段。其中存在的錯誤有( ) A.3處B.5處C.7處D.8處 答案 C 解析 組成DNA的五碳糖為脫氧核糖；構成DNA的堿基

9、中不含尿嘧啶；腺嘌呤通過兩條氫鍵與胸腺嘧啶配對，胞嘧啶與鳥嘌呤間形成三條氫鍵。 例6 (2017·臺州二模)某同學制作一DNA片段模型，現有若干不同類型塑料片，見表。還應準備脫氧核糖的塑料片數目是( ) 塑料片 堿基G 堿基C 堿基A 堿基T 數量(個) 10 16 16 10 52 A.32 B.40 C.26 D.52 答案 B 解析 根據堿基互補配對原則，該DNA分子中應該有10個CG堿基對，10個AT堿基對，共20個堿基對，40個堿基。由于一分子脫氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脫氧核糖和一分 5 子含氮堿基組成，因此還應該準備40個脫氧核糖。 四、DNA分子中堿基數目的計算 1

10、.堿基比例與雙鏈DNA分子的共性及特異性 (1)共性：不因生物種類的不同而不同 ATTA1；GCCG1；ACT GAGT C1。 (2)特異性：ATC G的值在不同DNA分子中是不同的，是DNA分子多樣性和特異性的表現。 2.DNA分子中堿基的相關計算 (1)基本規則 堿基互補配對原則為A與T配對，G與C配對。 總的堿基數量為兩條單鏈的堿基之和。 (2)計算規律 規律一：DNA雙鏈中的兩條互補鏈的堿基數相等，任意兩個不互補的堿基之和恒等，占堿基總數的50%，即AGTCACTG50%。 結論：DNA中非互補堿基之和總相等。 規律二：DNA雙鏈中的一條單鏈的AGT C的值與其互補鏈的AGT C的值

11、互為倒數關系。 結論：DNA兩條鏈間非互補堿基和之比互為倒數。 規律三：DNA雙鏈中，一條單鏈的ATG C的值與其互補鏈的ATG C的值是相等的，也與整個DNA分子中的ATG C的值相等。 結論：在同一DNA中，雙鏈和單鏈中互補堿基和之比相等。 規律四：DNA一條鏈中A占的比例為a1，另一條鏈中A占的比例為a2，則整個DNA分子中A占的比例為a1a2 2。 結論：某堿基占雙鏈DNA堿基總數的百分比數等于相應堿基占相應單鏈比值和的一半。 例7 某DNA分子中AT占整個DNA分子堿基總數的44%，其中一條鏈(a)上的G占該鏈堿基總數的21%，那么，對應的另一條互補鏈(b)上的G占該鏈堿基總數的比例

12、是( ) A.35%B.29%C.28%D.21% 答案 A 解析 整個DNA分子中的AT占整個DNA堿基總數的44%，則GC占整個DNA堿基總數的56%，又因為其中一條鏈(a)上的G占該鏈堿基總數的21%，所以與G對應的互補鏈(b)上的C 6 占b鏈堿基總數的21%，則G(a鏈上)C(b鏈上)占DNA分子堿基總數的21%。因為總的GC占整個DNA分子堿基總數的56%，所以G(b鏈上)C(a鏈上)占DNA整個分子堿基總數的35%，推得G占b鏈堿基總數的35%，所以答案選A。 例8 下列關于雙鏈DNA的敘述，不正確的是( ) A.若一條鏈上A和T的數目相等，則另一條鏈上的A和T數目也相等 B.若

13、一條鏈上A的數目大于T，則另一條鏈上A的數目小于T C.若一條鏈上ATGC1234，則另一條鏈上ATGC1234 D.若一條鏈上ATGC1234，則另一條鏈上ATGC2143 答案 C 解析 根據DNA雙螺旋結構中的堿基互補配對原則，即A對T，G對C，由此推測兩條鏈上互補堿基的數量關系是AT，GC。若一條鏈上A和T的數目相等，則另一條鏈上的A和T的數目也相等，A項正確；若一條鏈上A的數目大于T，則另一條鏈上A的數目小于T，B項正確；若一條鏈上ATGC1234，對應出另一條鏈上TACG1234，調整為ATGC的順序，應等于2143，C項錯誤，D項正確。 方法技巧 解答堿基計算的“三個”步驟 第一

14、步：搞清題中所給的和所求的堿基比例是占整個DNA分子的比例還是占其中一條鏈的比例。 第二步：畫出一個DNA分子模式圖，并在圖中標出已知和所求的堿基。 第三步：根據堿基互補配對原則及有關規律進行計算。 1.(2018·杭州學考)有關DNA分子結構的敘述，錯誤的是( ) A.DNA分子由4種脫氧核苷酸組成 B.DNA單鏈上相鄰堿基以氫鍵連接 C.堿基與脫氧核糖相連接 D.磷酸與脫氧核糖交替連接構成DNA的基本骨架 答案 B 解析 DNA的基本組成單位是脫氧核苷酸，DNA分子由4種脫氧核苷酸組成，A正確；DNA單鏈上相鄰堿基通過脫氧核糖磷酸脫氧核糖相連接，B錯誤；堿基與脫氧核糖相連接，C

15、7 正確；磷酸與脫氧核糖交替連接形成DNA分子鏈的基本骨架，D正確。 2.(2018·溫州模擬)如圖表示DNA分子部分結構的示意圖，下列關于圖中結構敘述正確的是( ) A.腺嘌呤數目與胸腺嘧啶數目相等 B.嘌呤數目與嘧啶數目相等 C.核糖數目與磷酸二酯鍵數目相等 D.磷酸基團數目與堿基數目相等 答案 D 解析 在DNA分子單鏈中，A和T數目不一定相等，嘌呤和嘧啶也不一定相等，核糖數目比磷酸二酯鍵數目多一個，一個核苷酸中有一個磷酸和一個堿基，D正確。 3.假設一個DNA分子片段中，堿基T共312個，占全部堿基的26%，則此DNA片段中堿基G所占百分比和數目分別是( ) A.26%,31

16、2個 B.24%,288個 C.24%,298個 D.12%,144個 答案 B 解析 DNA分子的堿基數目和比例嚴格遵循堿基互補配對原則，即DNA分子中有一個A，必須有一個和其互補的T；有一個C，必有一個G。根據這個原理可知G?126%×2? 224%；又知T共312個，占26%，則可知該DNA分子片段中共有堿基312÷26%1200個，則G的數目是1200×24%288個。 4.若用訂書釘將脫氧核糖、磷酸、堿基及DNA的兩條鏈連接，構建一個含10對堿基(A有6個)的DNA分子的片段模型，那么使用的訂書釘個數為( ) A.58 B.78 C.82 D.88 答案

17、 C 解析 A和T之間有2個氫鍵，C和G之間有3個氫鍵，該DNA片段含有10個堿基對，其中有6對是A與T堿基對，則氫鍵數6×2(106)×324個，即需要24個訂書釘作為氫鍵，一分子脫氧核糖核苷酸需要2個訂書釘(將磷酸、脫氧核糖、堿基連接在一起)，因此共需要訂書釘10×2×240個，每條鏈相鄰兩個脫氧核苷酸之間通過磷酸二酯鍵相連，即需要 8 1個訂書釘，因此每條鏈需要9個訂書釘，則共需要9×218個。因此，共需要訂書釘24401882個。 5.如圖所示為DNA分子結構模式圖，請據圖回答下列問題： (1)組成DNA的基本單位是 _，共有_種。 (

18、2)若3為胞嘧啶，則4應是_。兩者之間通過_鍵相連。 (3)圖中8示意的是一條_的片段，與另一條片段的位置關系是_。 (4)構成DNA分子的堿基有_種，其中A與T通過_個氫鍵相連，G與C通過_個氫鍵相連。 (5)如果該DNA分子的一條鏈中的A占該鏈的35%，T占該鏈的25%，那么該DNA中的G占該DNA分子的比例是_。 答案 (1)5 脫氧核苷酸 4 (2)鳥嘌呤 氫 (3)脫氧核苷酸鏈 反向平行 (4)4 2 3 (5)20% 解析 (1)圖中的1、2、3、4、5、6、7分別是磷酸、脫氧核糖、堿基、堿基、脫氧核苷酸、堿基對、氫鍵，其中組成DNA的基本單位是4種脫氧核苷酸。(2)根據堿基互補配

19、對原則，若3為胞嘧啶，則4應為鳥嘌呤，兩者之間通過氫鍵相連。(3)8為一條由若干個脫氧核苷酸連接而成的脫氧核苷酸鏈片段，與另一條片段的位置關系是反向平行。(4)構成DNA分子的堿基只有4種，A與T通過2個氫鍵相連，G與C通過3個氫鍵相連。(5)據題知一條鏈中的AT占該鏈的60%，所以整個DNA分子中AT60%，故GC占整個DNA分子的比例是40%，所以G占該DNA分子總堿基數的比例是20%。 對點訓練 題組一 DNA分子的結構 1.根據堿基互補配對原則，以下堿基配對正確的是( ) A.G與T B.A與A C.U與T D.G與C 答案 D 9 解析 根據堿基互補配對原則：A與T配對、G與C配對。

20、 2.一對由氫鍵連接的脫氧核苷酸，已查明它的結構中有一個腺嘌呤，則它的其他組成應是( ) A.三個磷酸、三個脫氧核糖和一個胸腺嘧啶 B.兩個磷酸、兩個脫氧核糖和一個胞嘧啶 C.兩個磷酸、兩個脫氧核糖和一個胸腺嘧啶 D.兩個磷酸、兩個脫氧核糖和一個尿嘧啶 答案 C 解析 DNA的基本組成單位是脫氧核苷酸，每一個脫氧核苷酸都是由一分子磷酸、一分子含氮堿基(有4種)、一分子脫氧核糖組成。一對由氫鍵連接的脫氧核苷酸包含兩個脫氧核苷酸分子，由于一個含有腺嘌呤，則另一個應含有胸腺嘧啶，另外還有兩個磷酸、兩個脫氧核糖。 3.如圖是一個DNA分子的片段，從圖中不能得到的信息是( ) A.DNA是雙螺旋結構 B

21、.堿基嚴格互補配對 C.嘌呤數等于嘧啶數 D.兩條脫氧核苷酸鏈反向平行 答案 D 解析 由圖示可以看出，DNA是雙螺旋結構，兩條鏈之間堿基嚴格互補配對，即嘌呤數等于嘧啶數；從題中不能看出兩條鏈的方向。 4.下面為DNA分子的結構示意圖，對該圖的正確描述是( ) A.和相間排列，構成了DNA分子的基本骨架 B.構成胞嘧啶脫氧核苷酸 C.占的比例越大，DNA分子越穩定 D.DNA分子中依次代表A、G、C、T 10 答案 D 解析 DNA分子的基本骨架是由脫氧核糖和磷酸交替連接而成的，A錯誤；胞嘧啶脫氧核苷酸由組成，B錯誤；是A與T之間的氫鍵，G、C含量越多，DNA分子越穩定，C錯誤；根據堿基互補配

22、對原則，、依次代表A、G、C、T，D正確。 5.以下四個雙鏈DNA分子中，穩定性最差的是( ) A.A占25% B.T占30% C.G占25% D.C占30% 答案 B 解析 DNA分子結構穩定性表現在相對穩定的雙螺旋結構；堿基對通過氫鍵連接，氫鍵含量越高，穩定性越強；根據堿基互補配對原則可計算四個雙鏈DNA分子中含GC堿基對最少的穩定性最差。A項中GC50%；B項中GC40%；C項中GC50%；D項中GC60%。 6.在DNA分子模型搭建實驗中，如果用一種長度的塑料片代表A和G，用另一長度的塑料片代表C和T，那么由此搭建而成的DNA雙螺旋的整條模型( ) A.粗細相同，因為嘌呤環必定與嘧啶環

23、互補 B.粗細相同，因為嘌呤環與嘧啶環的空間尺寸相似 C.粗細不同，因為嘌呤環不一定與嘧啶環互補 D.粗細不同，因為嘌呤環與嘧啶環的空間尺寸不同 答案 A 解析 A和G都是嘌呤堿基，C和T都是嘧啶堿基，在DNA分子中，總是AT、GC，依題意，用一種長度的塑料片代表A和G，用另一長度的塑料片代表C和T，則DNA的粗細相同。 7.在DNA分子的一條脫氧核苷酸鏈中，相鄰的堿基A與T之間的連接結構是( ) A.氫鍵 B.磷酸脫氧核糖磷酸 C.肽鍵 D.脫氧核糖磷酸脫氧核糖 答案 D 解析 審題時應扣住“一條脫氧核苷酸鏈中，相鄰的堿基A與T之間的連接結構”，相鄰的脫氧核苷酸相連接，依靠磷酸基團和脫氧核糖

24、之間形成的磷酸二酯鍵，因此兩個堿基之間的連接結構是：脫氧核糖磷酸脫氧核糖。 題組二 制作DNA雙螺旋結構模型 8.某學生制作的以下堿基對模型中，正確的是( ) 11 答案 A 解析 DNA的兩條鏈反向平行構成雙螺旋結構，即C、D錯誤；堿基之間的配對遵循堿基互補配對原則，即A和T配對、C和G配對，且A和T之間有2個氫鍵，C和G之間有3個氫鍵，即A正確、B錯誤。 9.某同學在構建DNA分子模型時，用不同的幾何圖形代表核苷酸的三個不同組成部分。該同學組建的DNA分子模型中共有多少種不同的幾何圖形( ) A.5種 B.6種 C.7種 D.8種 答案 B 解析 DNA的單體為脫氧核苷酸，1分子脫氧核苷酸

25、包括1個含氮堿基(4種)、1個磷酸分子和1個脫氧核糖，共有6種小分子，B正確。 10.對大腸桿菌DNA分子圖示的分析正確的是( ) A.圖中2是核糖，屬于五碳糖 B.圖中的堿基對3和4可能是GC，也可能是AT C.磷酸、五碳糖交替連接構成基本骨架 D.1、2、3構成了一個完整的核糖核苷酸分子 答案 C 解析 DNA分子中含有的五碳糖是脫氧核糖；堿基對GC之間有三個氫鍵，AT之間有兩個氫鍵，故3和4只能是GC；磷酸、脫氧核糖交替連接構成DNA的基本骨架；1、2、3構成的是一個完整的脫氧核苷酸分子。 題組三 DNA分子中堿基數目的計算 11.細胞內某一DNA片段中有30%的堿基為A，則該片段中(

26、) A.G的含量為30% B.U的含量為30% C.嘌呤含量為50% D.嘧啶含量為40% 答案 C 解析 因在DNA分子雙鏈間只有AT和GC堿基對，故AT30%，GC20%，AG50%，TC50%。 12 12.某雙鏈DNA分子含有200個堿基，一條鏈上ATGC1234，則該DNA分子( ) A.含有4個游離的磷酸基團 B.含有腺嘌呤脫氧核苷酸20個 C.四種含氮堿基ATGC3377 D.堿基排列方式共有4100種 答案 C 解析 一個雙鏈DNA分子中含有2個游離的磷酸基團，故A錯誤；由一條鏈上ATGC1234，計算得一條鏈上100個堿基中含A、T、G、C依次是10、20、30、40，另一條

27、鏈上含A、T、G、C則依次是20、10、40、30，故該DNA中含腺嘌呤脫氧核苷酸數為102030個，故B項錯誤；四種含氮堿基的比例是ATGC(1020)(2010)(3040)(4030)3377，故C項正確；含200個堿基的DNA不考慮每種堿基比例關系的情況下，可能的堿基排列方式共有4100種。但因堿基數量比例已確定，故堿基排列方式肯定少于4100種，且一個DNA分子只有一種特定的堿基排列順序，故D項錯誤。 綜合強化 13.下圖為大腸桿菌的一條脫氧核苷酸長鏈。請據圖回答下列問題： (1)圖中的1表示_，2表示_，1、2、3結合在一起的結構叫_。 (2)3有_種，堿基A的中文名稱是_。 (3)DNA徹底氧化分解后，能產生含氮廢物的是_(用序號表示)。 (4)此圖若為艾滋病病毒的核酸，3有_種，其中含有堿基G的核苷酸的中文名稱是_。 (5)圖中由1、2、3組成的結構形成長鏈時，其排列順序代表了生物的_信息。 答案 (1)磷酸 脫氧核糖 脫氧核糖核苷酸 (2)4 腺嘌呤 (3)3 (4)4 鳥嘌呤核糖核苷酸 (5)遺傳 13 14.不同生物或生物體不同器官(細胞)的DNA分子有關堿基比例如下表： 生物或器官(細胞) 酵母菌 小麥 人 豬 牛 肝 胰 脾