1、1第二节 DNA 的分子结构和特点1.DNA 是由四种不同的(A、G、C、T)脱氧核苷酸聚合而成的高分子化合物。2DNA 分子的双螺旋结构：脱氧核糖与磷酸相间排列在外侧，形成两条脱氧核苷酸链(反向平行)，构成 DNA的基本骨架；两条脱氧核苷酸链之间是碱基对，排列在内侧。3DNA 分子中碱基之间一一对应，A 一定与 T 配对，A和 T 的分子数相等；G 一定与 C 配对，G 和 C 的分子数相等；但 AT 的量不一定等于 GC 的量。依据卡伽夫法则可以确定是双链 DNA 还是单链 DNA。4不同生物的 DNA 碱基对的数目可能相同，但碱基对的排列顺序肯定不同。5基因是有遗传效应的核酸片段，基因中
2、核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。考试内容 必考 加试DNA的分子结构和特点(1)核酸分子的组成(2)DNA 分子的结构和特点(3)活动：制作 DNA 双螺旋结构模型abbabbDNA 分子的结构和特点1DNA 分子的化学组成(1)基本组成元素：C、H、O、N、P。(2)基本单位：22DNA 分子的结构(1)主要特点：两条脱氧核苷酸长链反向平行盘旋而成。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。两条链上的碱基通过氢键连接，例如：遵循碱基互补配对原则A T或 T AG C或 C G(2)空间结构：规则的双螺旋结构。3DNA 分子的特性特性 内容相对稳定性(1)DNA 分子中
3、磷酸和脱氧核糖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(1)不同的 DNA 分子中脱氧核苷酸数目不同，排列顺序多种多样；(2)若某 DNA 分子中有 n 个碱基对，则排列顺序有 4n种特异性 每种 DNA 分子都有特定的碱基排列顺序，代表特定的遗传信息巧学妙记 DNA 结构的“五、四、三、二、一”1DNA 分子主要存在于细胞的什么部位？提示：DNA 分子主要存在于细胞核中的染色体上，在线粒体和叶绿体中有少量分布。2两个长度相同的双链 DNA 分子，其结构差异主要体现在哪里？提示：主要体现在碱基对的排列顺序不同。1DNA 分子的结构(1)基本单位脱氧核苷酸，如图 1 所示：
4、其中，表示磷酸基团； 表示脱氧核糖，数字表示碳原子编号； 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)。3(2)一条脱氧核苷酸单链中，相邻脱氧核苷酸之间的连接如图 2 所示：一分子脱氧核苷酸中脱氧核糖上的 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。(3)两条单链之间形成的碱基对表示如下：(4)DNA 分子形成规则的双螺旋结构：特别提醒(1)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。(2)DNA 分子的每条
5、脱氧核苷酸长链中，两个脱氧核苷酸分子间的连接是：一个脱氧核苷酸分子的脱氧核糖上 3 号碳原子上的羟基与另一个脱氧核苷酸的磷酸通过形成磷酸二酯键相连接。(3)一个 DNA 分子中，只有一个脱氧核糖只连接着一个磷酸，其他的脱氧核糖都连接着两个磷酸；只有一个磷酸只连接着一个脱氧核糖，其他的磷酸都连接着两个脱氧核糖。2DNA 分子的特性(1)稳定性：DNA 分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋成粗细均匀、螺距相等的规则双螺旋结构。DNA 分子中脱氧核糖和磷酸交替连接的方式稳定，排列在外侧，构成基本骨架。DNA 分子双螺旋结构的中间为碱基对，碱基之间形成氢键，从而维持双螺旋结构的稳定。4DNA 分子之间对应碱基
6、严格按照碱基互补配对原则进行配对，且每个特定的 DNA 分子中碱基对的数量和排列顺序稳定不变。(2)多样性：DNA 分子中碱基对的排列顺序多种多样。设某 DNA 分子有 n 个碱基对，DNA 分子上的一个碱基对可能是 AT 或 TA 或 GC 或 CG，即每一个碱基对有 4 种类型的可能性，故n 个碱基对的排列顺序种类数为 4n，这样便构成了 DNA 分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性。(3)特异性：每种 DNA 分子都有区别于其他 DNA 分子的特定的碱基排列顺序。DNA 分子的多样性与特异性，从分子水平上说明了生物界的多样性和生物个体之间存在差异的原因。3卡伽夫法则及其应用(1)卡伽夫
7、法则：在 DNA 分子中，A 和 T 的分子数相等，G 和 C 的分子数相等，但 AT 的量不一定等于GC 的量。(2)碱基计算的一般规律：规律一：一个双链 DNA 分子中，AT、CG、AGTC、ACGT，即a嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，各占全部碱基数的 50%；b不互补配对的两种碱基之和占全部碱基数的 50%；c双链中，不配对的两种碱基之和的比值为 1。规律二：一个双链 DNA 分子中，一条链中的两个不互补配对碱基之和的比值是另一条互补链中这一比值的倒数。设双链 DNA 分子一条链上 m，因为 m，所以互补链上A1 G1T1 C1 A1 G1T1 C1 T2 C2A2 G2 。A2 G2T
8、2 C2 1m规律三：一个双链 DNA 分子中，互补配对的碱基之和在两条单链中所占比例等于在整个 DNA 分子中所占比例。设双链 DNA 分子中的一条链上总碱基数为 100 个，A 1T 1 n%，因为 A1T 2、A 2T 1，则：A 1T 1A 2T 2 n%。所以 ATA 1A 2T 1T 2 n%。n n200规律四：一个双链 DNA 分子中，某碱基占碱基总量的百分数等于两条链中的该碱基所占百分数的平均值。设双链 DNA 分子中含有碱基总数为 200 个，其中一条链上的腺嘌呤 A 所占的百分数为A1%，另一条链上的腺嘌呤 A 所占的百分数为 A2%，则在整个 DNA 分子中腺嘌呤 A
9、所占的比例为 。A1 A2200 A1% A2%25特别提醒(1)运用卡伽夫法则解决碱基比例问题时，应注意题中所给的和所求的碱基比例是占DNA 分子的比例还是占其中一条链的比例。(2)运用卡伽夫法则解决碱基比例问题时，应熟练掌握：在双链 DNA 分子中，不配对的两种碱基之和占总数的一半。以图示为载体，考查 DNA 分子的结构和特点例 1 下面为 DNA 分子结构示意图，对该图的叙述正确的是( )a和相间排列，构成了 DNA 分子的基本骨架b的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸c是氢键，其形成遵循碱基互补配对原则dDNA 分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息e占的比例越大，DNA 分子越不稳定f依次代表
10、 A、G、C、TAbcdf Bcdf Cabcf Dbce思路点拨精讲精析 DNA 分子是反向平行的双螺旋结构，磷酸与脱氧核糖交替排列在外侧，构成了 DNA 的基本骨架；中的及下方的磷酸基团组成胞嘧啶脱氧核苷酸，磷酸属于上一胸腺嘧啶脱氧核苷酸的磷酸基团，不属于；内部两条脱氧核苷酸链间碱基互补配对，配对碱基之间通过氢键相连； DNA 分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息。G 与 C 之间形成 3 条氢键，G 与 C 含量越多，DNA 分子越稳定；根据碱基互补配对原则，依次代表 A、G、C、T。答案 B6DNA 分子是由反向平行的脱氧核苷酸链组成，每条链中磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA 的基
11、本骨架，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。1 “三看法”判断 DNA 分子结构的正误一看外侧链成键位置是否正确，正确的成键位置在一分子脱氧核苷酸的 5 号碳原子上的磷酸基与相邻核苷酸的 3 号碳原子之间； 二看外侧链是否反向平行；三看内侧链碱基之间配对是否遵循碱基互补配对原则。2解读 DNA 分子结构模式图信息(1)每个 DNA 片段中，游离的磷酸基团有 2 个。(2)、 、之间的数量关系是 111。和 之间的化学键为磷酸二酯键。(3)碱基对之间的化学键为氢键，AT 对之间形成 2 个氢键，GC 对之间形成 3 个氢键。氢键可用解旋酶断裂，也可加热断裂。若碱基
12、对为 n，则氢键数为 2n3 n 之间，若已知 A 有 m 个，则氢键数为 3n m。(4)每个脱氧核苷酸中，脱氧核糖中 1 号碳与碱基相连接，5 号碳与磷酸相连接，3 号碳与下一个脱氧核苷酸的磷酸相连接，如右图。3区分核酸种类的方法(1)若含 U，则该核酸一定为 RNA。因为只有 RNA 分子含有尿嘧啶。(2)若含 T，AT 或嘌呤嘧啶，则一般为单链 DNA。因为双链 DNA 分子中AT，GC，嘌呤(AG)嘧啶(TC)。(3)若嘌呤嘧啶，肯定不是双链 DNA(可能为单链 DNA，也可能为 RNA)。但若是细胞中所有的核酸的嘌呤数嘧啶数，则可能既有双链 DNA 又有 RNA。1(2015浙江
13、10 月学考)如图表示某同学制作的 DNA 双螺旋结构模型的一个片段。其中存在的错误有( )7A3 处 B5 处C7 处 D8 处解析：选 C 该 DNA 双螺旋结构模型中存在 7 处错误：4 个核糖应改为 4 个脱氧核糖(4 处错误)；不存在尿嘧啶；腺嘌呤和胸腺嘧啶间有 2 个氢键；胞嘧啶和鸟嘌呤之间有 3 个氢键。DNA 分子结构中相关碱基数量计算例 2 在一个 DNA 分子的一条链上，腺嘌呤比鸟嘌呤多 40%，两者之和占 DNA 分子上碱基总数的 24%，则这个 DNA 分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链上碱基数目的( )A44% B24%C14% D28%思路点拨精讲精析 画出 DNA
14、分子简图(如右图所示)。依题意，列出等量关系：(A1G 1)/G1100%40%A 11.4G 1， 而在整个 DNA 分子中：(A1G 1)/200100%24%A 1G 148， 联系得：A 128。整个 DNA 分子中 A1T 2，则 T228。答案 D解答此类问题分三步第一步：弄清题干所给的碱基比例是占整个 DNA 分子的比例，还是占一条链的碱基比例。第二步：直观地画一个 DNA 分子简图，绘出两条链及碱基符号，并注明含量，标出已知和求解，并分析碱基之间的关系。8第三步：根据碱基互补配对原则及其推论进行解答。2某双链 DNA 分子含有 200 个碱基对，其中一条链上 ATGC1234。
15、下列关于该 DNA 分子的叙述，正确的是( )A含有 4 个游离的磷酸基团B含有腺嘌呤脱氧核苷酸 30 个C4 种含氮碱基 ATGC3377D碱基排列方式共有 4100种解析：选 C 每条单链各有 1 个游离的磷酸基团，所以 DNA 分子有 2 个游离的磷酸基团；该 DNA 分子含有 200 个碱基对，一条链上 ATGC1234，根据双链中AT 所占比例单链中 AT 所占比例，则双链中 AT 占 3/10，根据 AT，推知 A 和 T各占 3/20，故腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为 2002(3/20)60(个)；双链中 A 和 T 分别占3/20，则 C 和 G 分别占 7/20，故双链 DNA
16、中 ATGC3377；碱基排列方式共有4n种， n 为碱基对数，即共有 4200种。课堂回扣练习(1下列关于 DNA 结构的叙述中，错误的是( )A大多数 DNA 分子由两条核糖核苷酸长链盘旋而成为螺旋结构B外侧是由磷酸和脱氧核糖交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基CDNA 两条链上的碱基间以氢键相连，且 A 与 T 配对，C 与 G 配对DDNA 的两条链反向平行解析：选 A 绝大多数 DNA 分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋而成为双螺旋结构，而不是由核糖核苷酸长链盘旋而成，核糖核苷酸是 RNA 的基本组成单位。2(2014浙江 6 月学考)根据碱基互补配对原则，以下碱基配对正确的是( )AG 与
17、 T BA 与 ACU 与 T DG 与 C解析：选 D 碱基互补配对原则：A 与 T 配对，C 与 G 配对。3在 DNA 分子的一条脱氧核苷酸链中，相邻的碱基 A 与 T 之间的连接结构是( )A氢键 B磷酸脱氧核糖磷酸C肽键 D脱氧核糖磷酸脱氧核糖解析：选 D 相邻的脱氧核苷酸相连接，依靠磷酸基团和脱氧核糖之间形成磷酸二酯键，因此两个碱基之间的连接结构是：脱氧核糖磷酸脱氧核糖。4某双链 DNA 分子共有 1 000 个碱基，若碱基 A 的数量为 200 个，则该 DNA 分子中 G9的个数为( )A100 B200C300 D400解析：选 C 双链 DNA 分子中，AG 占总数的一半，
18、本题中 G1 0002200300(个)。5某化验员检测一待测核酸样品后发现，对其碱基个数统计和计算得到下列结果：(AT)/(GC)1，(AG)/(TC)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 DNAC无法被确定是单链 DNA 还是双链 DNAD可被确定为单链 DNA解析：选 C 在双链 DNA 中，碱基比例的含量符合碱基互补配对原则，单链 DNA 中不符合该原则。双链 DNA 分子中，AT，GC，所以(AG)/(TC)(AC)/(TG)1。(AT)/(GC)的碱基比率在特殊情况下等于 1，在绝大多数情况下不等于 1；在单链DNA 分子中，A 和 T
19、，G 和 C 之间无对应关系，其(AG)/(TC)的比例在绝大多数情况下不等于 1，特殊情况下等于 1，所以题干给出的情况无法判断该核酸是单链 DNA 还是双链DNA。课时跟踪检测一、选择题1(2016浙江 4 月选考)下列表示某同学制作的脱氧核苷酸结构模型( 表示脱氧核糖、 表示碱基、 表示磷酸基团)，其中正确的是( )解析：选 D 脱氧核苷酸是由 1 个脱氧核糖、1 个磷酸基团和 1 个碱基构成的，碱基可能是 A、C、G、T，不可能是 U，A 错误；脱氧核糖是五碳糖，其中 1 号碳上连着碱基，5 号碳上连着磷酸基团，B、C 错误，D 正确。2基因研究最新发现表明，人与小鼠的基因约 80%相
20、同，则与小鼠 DNA 碱基序列相同的比例是( )A20% B80% C100% D无法确定解析：选 D 对于细胞生物，基因是有遗传效应的 DNA 分子片段，人与小鼠的基因虽然约 80%相同，但不同生物的 DNA 分子具有特异性，即碱基对排列顺序不同，故无法确定。103某同学在实验室尝试搭建 DNA 分子模型，他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 双螺旋的整条模型将是( )A粗细相同，因为嘌呤碱基必定与嘧啶碱基互补B粗细相同，因为嘌呤碱基与嘧啶碱基的空间尺寸相似C粗细不同，因为嘌呤碱基不一定与嘧啶碱基互补D粗细不同，因为嘌呤碱基与嘧
21、啶碱基的空间尺寸不同解析：选 A A 和 G 都是嘌呤碱基，C 和 T 都是嘧啶碱基，在 DNA 分子中，总是AT，GC，依题意，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，则 DNA 的粗细相同。4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，则它的其他组成应是( )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胞嘧啶C两个磷酸、两个脱氧核糖和一个胸腺嘧啶D两个磷酸、两个脱氧核糖和一个尿嘧啶 解析：选 C 一个脱氧核苷酸分子由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成。由于组成脱氧核苷酸的含氮碱基的互补配对是严格的，只能是 A
22、 与 T 配对，G 与 C配对，碱基之间通过氢键连接，形成碱基对，根据题中“有一对氢键连接的脱氧核苷酸”可知，一定形成碱基对 AT。5下列有关 DNA 分子结构的叙述，错误的是( )ADNA 单链上相邻碱基以氢键连接BDNA 分子由 4 种脱氧核苷酸组成CDNA 分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息D磷酸与脱氧核糖交替连接构成 DNA 的基本骨架解析：选 A DNA 单链上相邻碱基以“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”相连，A 错误；DNA 分子由 4 种脱氧核苷酸组成，B 正确；遗传信息是由 DNA 分子中特定的脱氧核苷酸序列决定的，C 正确；DNA 分子的基本骨架由磷酸与脱氧核糖的交替连接构成，D
23、 正确。6(2017福州一模)如图所示为双链 DNA 分子的平面结构模式图。下列叙述正确的是( )11A图示 DNA 片段中有 15 个氢键B沃森和克里克利用构建数学模型的方法，提出 DNA 的双螺旋结构C只有在解旋酶的作用下图示双链才能解开D在双链 DNA 分子中，每个磷酸基团连接 1 个脱氧核糖解析：选 A 图示的 DNA 片段共 6 个碱基对，AT 有 3 对、GC 有 3 对；因 AT 之间有 2 个氢键，GC 之间有 3 个氢键，共 15 个氢键；沃森和克里克构建的是物理模型；要使 DNA 双链解开，不仅可以用 DNA 解旋酶，还可以用高温加热解旋；在双链 DNA 分子中，每条链中间
24、的每个磷酸基团都分别连接 2 个脱氧核糖，每条链两端的磷酸基团只连接 1 个脱氧核糖。7在 DNA 分子中，碱基 A 和 T 通过两个氢键形成碱基对，碱基 G 和 C 通过三个氢键形成碱基对。有一个 DNA 分子中含 1 000 个脱氧核苷酸，共有 1 200 个氢键，则该 DNA 分子中含有胞嘧啶脱氧核苷酸( )A150 个 B200 个 C300 个 D无法确定解析：选 B 1 000 个脱氧核苷酸可组成 500 个碱基对，假如均为 AT，则有 1 000个氢键，现有 1 200 个氢键，多余的部分为 200 个，每一个 CG 比 AT 多 1 个氢键，因此有 CG 200 个。8从某生物
25、中提取出 DNA 进行化学分析，发现鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46%，又知该 DNA 的一条链(H 链)所含的碱基中 28%是腺嘌呤，与 H 链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的( )A26% B24%C14% D11%解析：选 A 明确 DNA 的两条链所含碱基数目相同，且 AT，GC，一条链中的A、T、G、C 数目等于另一条链中的 T、A、C、G 数目，由此可列出方程组来解题：假定每条链中有 100 个碱基，则双链 DNA 中(GC)100246%92(个)，所以AT20092108(个)。因为 A 对 T H(AT)(A HT 对 )，A HT 对 28(个)，所以 A对
26、T H1/2(AT)(A HT 对 )1/2108(2828)26(个)。即 A 对 占该链全部碱基数的 26%。9若一个 DNA 分子中有 200 个碱基对，其中腺嘌呤有 90 个，则该 DNA 分子中含有游离磷酸基团的数目和氢键的数目依次为( )A200 个和 400 个 B400 个和 510 个C2 个和 510 个 D2 个和 400 个12解析：选 C 任何双链 DNA 分子中，均含有 2 个游离的磷酸基团。由题意知：该 DNA分子中有 AT 碱基对 90 个，氢键数为 902180(个)；GC 碱基对有 20090110(个)，氢键数目为 1103330(个)，所以该 DNA 分
27、子中的氢键数目为 180330510(个)。10下列关于碱基互补配对的相关叙述不正确的是( )ADNA 分子中有一个嘌呤就会有一个与之相配对的嘧啶BDNA 分子中一条链的嘌呤数或嘧啶数一定等于另一条链的嘌呤数或嘧啶数CDNA 分子中嘌呤总数一定等于嘧啶总数且各占 50%DDNA 分子中任何一种碱基所占的比例是两条单链上该碱基所占比例的平均数解析：选 B 在 DNA 分子的双链中，嘌呤和嘧啶互补配对，DNA 分子中一条链的嘌呤数或嘧啶数一定等于另一条链的嘧啶数或嘌呤数。11分析一个 DNA 分子时，发现 30%的脱氧核苷酸含有腺嘌呤，由此可知该 DNA 分子的一条链上鸟嘌呤所占比例的最大值为(
28、)A20% B30% C40% D70%解析：选 C 根据碱基互补配对原则，可知该 DNA 分子中鸟嘌呤占碱基总数的(130%2)220%，故双链中 GC40%，推知单链中 GC40%。一般情况下，DNA双链上都应有 G 分布，所以 G40%，但也有一种极端情况是 G 集中分布在一条链上(无 C)，而另一条链上没有 G(只有 C)，所以该 DNA 分子一条链上鸟嘌呤所占比例的最大值为 40%。二、非选择题12下面是 DNA 分子结构模式图，请看图填空：(1)填写名称：_，_，_，_，_，_，_，_，_。(2)从图来看，DNA 分子平面模式图就如同一架“梯子” ，在外侧的“扶手”是由_和_交替连
29、接而成的，内侧的横档是由_通过_相连组成13的_，因此在结构上具有一定的稳定性。从图中还能看出：一个双链 DNA 分子的两条长链是_向平行的，其中一个脱氧核苷酸是由_、_、_三部分连接而成的。解析：DNA 是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链构成的，组成 DNA 的单位是脱氧核苷酸，每一个脱氧核苷酸由 1 个磷酸基团、1 个脱氧核糖和一个碱基所构成。根据碱基互补配对原则，图中的依次为胞嘧啶、鸟嘌呤、腺嘌呤和胸腺嘧啶。答案：(1)磷酸基团 脱氧核糖 胞嘧啶 鸟嘌呤腺嘌呤 胸腺嘧啶 胞嘧啶脱氧核苷酸 碱基对 氢键 (2)脱氧核糖 磷酸基团 碱基 氢键 碱基对 反 1 分子磷酸 1 分子脱氧核糖 1 分
30、子碱基13根据下图，回答相关问题。(1)若图中 A 为糖类，则 A 是_，C是_，G 是_。(2)F 的基本组成单位是图中的_。(3)F 和 H 的关系是_。(4)在细胞核中，H 与 F 在数量上有两种比例关系：_和_。(5)在 D 构成的长链中，与 1 分子 A 相连接的有_分子的 B 和_分子的 C。(6)生物的性状遗传主要通过 H 上的_(填图中字母，下同)传递给后代，实际上是通过_的排列顺序来传递遗传信息。解析：基因是一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能的核酸分子片段，其基本组成单位是脱氧核苷酸。一个基因中含有许多个脱氧核苷酸，一个 DNA 分子上含有多个基因，基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息，根据 DNA 的分子结构可知一分子脱氧核糖与1 分子碱基和 1 分子或 2 分子磷酸连接。答案：(1)脱氧核糖 磷酸 蛋白质 (2)D (3)H(染色体)是 F(DNA)的主要载体 (4)11 12(5)1 1 或 2 (6)F D
