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＝G②A1＋A2＝T1＋T2 A1＝T2 A2＝T1C1＋C2＝G1＋G2 C1＝G2 C2＝G1③A1＝Um＝T2T1＝Am＝A2 总1＋总2＝总C1＝Gm＝G2 总1＝总2＝总m＝1/2总G1＝Cm＝C2DNA分子的复制一、DNA半保留复制的实验证据DNA半保留复制的应用（1）一个DNA分子复制n代，生成的子代ＤＮＡ分子的数目为２ｎ个；此公式也适用于噬菌体或细菌的增殖，因为这两者每个个体只含有一个ＤＮＡ分子。

（2）一个DNA分子复制n代，生成的子代ＤＮＡ分子中含母链（0代DNA分子链）的子代DNA分子占子代DNA分子总数的比例为2/２ｎ；推导过程如下：①无论复制几代，含有母链的始终只有2 个DNA分子；②复制n代生成的子代DNA分子总数是２ｎ个２n个（3）一个DNA分子复制n代，要从环境中获得某种脱氧核苷酸或碱基的数目为（２n－1）×X；（X是指一个DNA分子中该种脱氧核苷酸或碱基的数目）推导过程如下：（参上图）２n个1个（２n－1）个①n代时所生成的所有DNA可看作原来的1个亲代DNA分子和另外新形成的（２n－1）个DNA组成；②新形成的DNA分子与亲代DNA分子完全相同，若原来亲代DNA分子中含某种脱氧核苷酸或碱基的数目为X，则新形成（２n－1）个DNA需从环境中获得某种脱氧核苷酸或碱基的数目为（２n－1）×X二、DNA分子复制的概念：以亲代DNA分子为模板，合成子代DNA的过程三、DNA分子复制的时间：DNA分子的复制发生在有丝分裂的间期、减数第一次分裂的间期。

四、DNA分子复制的条件：1. 原料：DNA分子复制的原料是细胞核中游离的4种脱氧核苷酸。

2. 能量：DNA分子的复制需要消耗能量，由ATP提供。

3. 酶：DNA分子的复制需要多种酶的催化。

如解旋酶、聚合酶、连接酶等。

4. 模板：解旋后形成的单链状的每条母链作为复制的模板。

五、DNA分子复制的过程：1. 解旋：⑴解旋的意义：为DNA分子的复制提供模板⑵解旋需要的条件：①需要解旋酶的催化②需要细胞提供能量（ATP）⑶解旋的实质：使连接碱基对的氢键断裂，两条螺旋的双链解开为单链。

2. 复制：以解旋后形成的单链状的每条母链为模板进行复制。

⑴细胞核中4种游离的脱氧核苷酸遵循碱基互补配对原则，与作为模板的单链状的母链上的碱基进行互补配对，形成氢键。

(2)在多种酶（DNA聚合酶作用于单个的脱氧核苷酸的磷酸二酯键，而DNA连接酶作用于DNA片段间的磷酸二酯键）的催化下，相邻的脱氧核糖核苷酸的磷酸与脱氧核糖之间脱水缩合，形成一条与母链互补的子链。

由于新形成的DNA分子的子链与不作模板的母链完全相同，结果一个DNA分子就被复制成了两个完全相同的DNA分子。

六、DNA分子复制的特点：1. 半保留复制：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子的一条链。

2. 边解旋边复制：解旋与复制是同时进行的两个过程。

总结：DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程，复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。

DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。

七、DNA分子复制的意义：使遗传信息准确地从亲代传递给子代，从而保证了遗传信息的连续性。

必修二第三章基因的本质第二节第三节DNA分子的结构和复制练习1．1条染色单体含有1个双链DNA分子，那么，四分体时期的1条染色体含有（）A．4个双链DNA分子B．2个双链DNA分子C．2个单链DNA分子D．1个双链DNA分子2．某DNA分子一条单链上（A+G）/（T+C）=0.5，则该DNA的另一条单链上同样的碱基比是（）A．0.5 B．1 C．1.5 D．23．已知某DNA分子中腺嘌呤a个，占全部碱基的b，则胞嘧啶数为：4．以放射性元素32P标记噬菌体的DNA，35S标记噬菌体的蛋白质，让这种噬菌体去侵染普通的大肠杆菌(含31P、32S)，经过复制到第四代时，问：①子代产生多少个噬菌体？②子代噬菌体的DNA中P元素的含量情况如何？③复制n 次后，子代DNA中含有亲本DNA链的占几分之几？5．在一个DNA分子中有200个碱基对，其中腺嘌呤有90个，则这个DNA片段中含有游离的磷酸基的数目和氢键的数目依次为（）A．200个和400个B．400个和510个C．2个和510个D．2个和400个6．下列哪一组是DNA的组成成分（）A．核糖、嘧啶、嘌呤和磷酸B．脱氧核糖、碱基和磷酸C．核糖、碱基和磷酸D．脱氧核糖、核酸和磷酸7．组成核酸的核苷酸和碱基各有几种？（）A．4种和4种B．4种和5种C．8种和8种D．8种和5种8．组成脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸的相同成分是（）A．五碳糖、磷酸和碱基B．磷酸和碱基C．腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和磷酸D．只有磷酸成分相同9．下列核苷酸中,在RNA结构中不可能具有的是（）10．在人体中，由A、T、C三种碱基参与构成的核苷酸共有（）A．两种B．四种C．五种D．八种11．有一对氢键连接的脱氧核苷酸，已查明它的结构有1个腺嘌呤，则它的其他组成应是（）A．3个磷酸、3个脱氧核糖和1个胸腺嘧啶B．2个磷酸、2个脱氧核糖和1个胞嘧啶C．2个磷酸、2个脱氧核糖和1个胸腺嘧啶D．2个磷酸、2个脱氧核糖和1个尿嘧啶12．右图是DNA分子结构模式图，请据图回答下列问题：（1）组成DNA的基本单位是〔〕。

（2）若〔3〕为胞嘧啶，则〔4〕应是（3）图中〔8〕示意的是一条的片断。