必修二第三章第二节第三节DNA的分子结构和复制

必修二第三章 基因的本质

第二节第三节 DNA 分子的结构和复制

DNA 分子的结构

一、DNA 分子的基本组成单位：脱氧核糖核苷酸

1. 脱氧核糖核苷酸的结构组成：

脱氧核糖 （G ） 脱氧核糖核苷酸 磷酸 嘌呤碱基 腺嘌呤 （A ）

含氮碱基

嘧啶碱基 （C ）

T ）

2. 脱氧核糖核苷酸的种类：

由于构成脱氧核糖核苷酸的含氮碱基的种类不同，组成DNA 的脱氧核糖核苷酸具有四种不同的类型，它们分别是：

腺嘌呤脱氧核糖核苷酸 （A ） 鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸 （G ）

胞嘧啶脱氧核糖核苷酸 （C ） 胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸（T ）

二、DNA 分子的结构：1953年，由美国的沃森和英国的克里克共同提出。

磷酸 磷酸

脱氧核糖 A T 脱氧核糖

磷酸 磷酸

脱氧核糖 T A 脱氧核糖

磷酸 磷酸

脱氧核糖 C G 脱氧核糖

磷酸 磷酸

脱氧核糖 G C 脱氧核糖

磷酸 磷酸 注意：

1. DNA 分子很多脱氧核糖核苷酸通过彼此脱水缩合形成的核苷酸链。

两个相邻的脱氧核糖核苷酸之间的脱水位置位于：一个脱氧核糖核苷酸的磷酸和另一个脱氧核糖核苷酸的脱氧核糖之间。

磷酸

脱氧核糖 含氮碱基

磷酸

脱氧核糖 含氮碱基

磷酸

脱氧核糖 含氮碱基

2. DNA分子是由两条链组成，两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。

3. 在DNA分子中，脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成两条主链。

4. 两条主链之间，也就是DNA分子的内侧，是DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成的碱基对，碱基配对具有一定的规律，遵循互补配对原则，即嘌呤碱基一定与嘧啶碱基配对，而且是一一对应关系：A（腺嘌呤）一定与T（胸腺嘧啶）配对；G（鸟嘌呤）一定与C（胞嘧啶）配对。不同的碱基对之间，氢键的数目不同，A与T间以两个氢键相连；G与C间以三个氢键相连。

注意：

由于嘌呤分子比较大，是双环结构；嘧啶分子比较小，是单环结构。因此由嘌呤与嘧啶配对形成碱基对才可以保证DNA分子的两条链之间距离不变，形成平行的双螺旋结构。三、DNA分子的特性：

（1）稳定性：是指DNA分子双螺旋空间结构的相对稳定性。与这种稳定性有关的因素主要有以下几点：

①DNA分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋成精细均匀、螺距相等的规则双螺旋结构。

②DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替排列的顺序稳定不变。

③DNA分子双螺旋结构中间为碱基对、碱基之间形成氢键，从而维持双螺旋结构的稳定。

④DNA分子之间对应碱基严格按照碱基互补配对原则进行配对。

⑤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

构成DNA分子的脱氧核苷酸虽只有4种，配对方式仅2种，但其数目却可以成千上万，更重要的是形成碱基对的排列顺序可以千变万化，从而决定了DNA分子的多样性。例如：在生物体内，一个最短的DNA分子有4000个碱基对，其排列顺序方式有：44000种。

（3）特异性

每个特定的DNA分子中具有特定的碱基排列顺序，而特定的排列顺序代表着遗传信息，所以每个特定的DNA分子中都贮存着特定的遗传信息，这种特定的碱基排列顺序就决定了DNA分子的特异性。

（4）方向性：极性反向平行

（5）专一性：碱基互补配对

ⅠDNA分子的多样性不仅取决于碱基对的千变万化的排列顺序，还取决于DNA分子中不同的碱基对所占的比例。

ⅡDNA分子中碱基对的排列顺序就代表了遗传信息。

ⅢDNA分子的多样性从分子水平说明DNA分子可以携带数量巨大的遗传信息。

ⅣDNA分子的多样性和特异性，从分子水平说明了生物体具有多样性和特异性。

四、DNA与RNA的比较：

注意：

Ⅰ构成核酸的碱基共有五种，构成核酸的核苷酸有8种，构成DNA和RNA的核苷酸分别是四种。

Ⅱ尽管RNA是单链结构，但在RNA中也存在少量的具有碱基配对的结构，如信使RNA 的“发卡”型的回文结构和转运RNA“三叶草”型结构中的非环型部分。

Ⅲ构成DNA的脱氧核糖与构成RNA的核糖在化学结构上的区别是脱氧核糖中与2号位碳相连的羟基被氢替代了。

Ⅳ在脱氧核糖核苷酸中与磷酸相连的是脱氧核糖中的5号位碳，脱氧核糖中与5号位碳相连的羟基中的氢与磷酸中的一个羟基结合脱去一分子水。

Ⅴ在脱氧核糖核苷酸中与含氮碱基相连的是脱氧核糖中的1号位碳，脱氧核糖中与1号位碳相连的一个羟基与含氮碱基中的一个氢结合脱去一分子水。

Ⅵ在两个相邻的脱氧核糖核苷酸结合形成磷酸二酯键时是一个脱氧核糖核苷酸的脱氧核糖中与3号位碳相连的羟基中的氢与另一个脱氧核糖核苷酸的磷酸中的一个羟基结合脱去一分子水。

疑难解析：

1、为什么说DNA分子是规则的双螺旋结构？

DNA分子结构的规则性体现在两个方面：第一，DNA分子的每个螺旋都是由10对碱基组成的，相邻两对碱基间的距离为0.34nm；第二，两条长链之间的距离恒等于2nm。

2、为什么碱基配对是嘌呤碱基与嘧啶碱基配对？

嘌呤碱基A和G是双环化合物，而嘧啶碱基C和T是单环化合物，在碱基互补配对时，只有始终是嘌呤碱基与嘧啶碱基配对，才能保证两条长链之间的距离恒定。

3、相关计算

双链DNA分子是由两条平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的，两条长链上的碱基通过氢键连结起来。形成碱基对，碱基对的组成有一定规律，这就是，腺嘌呤（A）一定与胸腺嘧呤（T）配对，鸟嘌呤（G）一定与胞嘧呤（C）配对，利用碱基互补配对原则的计算颇多。4．碱基互补配对原则的应用：

基本工具：

①A＝T C＝G

②A1＋A2＝T1＋T2 A1＝T2 A2＝T1

C1＋C2＝G1＋G2 C1＝G2 C2＝G1

③A1＝Um＝T2

T1＝Am＝A2 总1＋总2＝总

C1＝Gm＝G2 总1＝总2＝总m＝1/2总

G1＝Cm＝C2