第2节 DNA的结构

第2节DNA的结构课程标准要求核心素养对接学业质量水平概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。

1.生命观念——通过搜集DNA结构模型建立过程的资料并进行交流和讨论，运用结构与功能观，分析DNA的结构与其蕴藏遗传信息的功能是相适应的。

水平二2.科学思维——通过模型构建，理解DNA的化学组成、平面结构以及立体结构。

水平二3.科学探究——通过制作DNA双螺旋结构模型，领悟模型构建在科学研究中的应用。

水平三DNA双螺旋结构模型的构建———————————————自主梳理———————————————1.构建者沃森和克里克。

2.构建过程[典例1](2019·郑州学考模拟)（多选）1953年沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于()A.发现DNA如何储存遗传信息B.确定DNA是主要的遗传物质C.发现DNA分子中碱基含量的规律性D.为DNA复制机理的阐明奠定基础答案AD[对点练1](2019·中山期末)1962年，沃森、克里克和威尔金斯共同获得诺贝尔生理学或医学奖的研究成果是()A.通过肺炎链球菌转化实验证明了转化因子的存在B.通过噬菌体侵染细菌实验证明了遗传物质是DNAC.提出DNA双螺旋结构D.证明了基因位于染色体上解析证明转化因子存在的科学家是格里菲思，A错误；噬菌体侵染细菌实验是由赫尔希和蔡斯完成的，B错误；摩尔根等人证明了基因位于染色体上，D错误。

答案 C联想质疑★北京中关村将DNA雕塑作为高科技的标志★沃森和克里克搭建的DNA双螺旋结构模型DNA的结构和特点———————————————自主梳理———————————————1.DNA的基本组成单位——脱氧核苷酸(1)结构模式图(2)构成：由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子碱基构成。

其中碱基包括A、T、G和C共4种。

(3)种类：腺嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸共4种。

■助学巧记巧记DNA分子结构的“五·四·三·二·一”2.DNA双螺旋结构的主要特点并非所有的DNA都是双链(1)DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。

(2)DNA中的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。

(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律：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。

碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。

3.DNA的方向性(1)脱氧核糖上与碱基相连的碳称作1′—C，与磷酸基团相连的碳称作5′—C。

(2)DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5′—端，另一端有一个羟基(—OH)，称作3′—端。

(3)DNA的两条单链走向相反，从双链的一端起始，一条单链是从5′—端到3′—端的，另一条单链则是从3′—端到5′—端的。

4.DNA的多样性(1)由于脱氧核苷酸的数量和排列顺序的不同，导致了DNA分子的多样性。

(2)DNA分子中共有4种类型的碱基对，若某个DNA分子具有n个碱基对，则该DNA分子中的碱基对可能有4n种排列方式，这构成了DNA分子的多样性，决定了遗传信息的多样性。

[典例2] (2019·天化中学期末)关于DNA分子双螺旋结构的特点，下列叙述错误的是()A.DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成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.两条链之间的碱基配对方式为A与T配对，G与C配对解析DNA分子由2条脱氧核糖核苷酸链组成，这两条链反向平行，形成规则的双螺旋结构，A正确；脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧构成DNA的基本骨架，B正确，C错误；两条链之间的碱基配对方式为A与T配对，G与C配对，D正确。

答案 C[对点练2]下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是()A.DNA分子是以4种脱氧核糖核苷酸为单位连接而成的单链结构B.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基C.DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对D.DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相连解析DNA分子是以4种脱氧核糖核苷酸为单位连接而成的双链结构，A错误；DNA分子中的绝大多数磷酸连接着两个脱氧核糖，且磷酸不与碱基直接相连，B 错误；DNA分子一条链上的相邻碱基通过脱氧核糖－磷酸－脱氧核糖相连，D错误。

答案 C[一题多变](1)DNA分子中，每个脱氧核糖均连接一个磷酸和一个碱基吗？提示DNA分子中，每个脱氧核糖均连一个碱基；而除3′端的脱氧核糖只连一个磷酸外，其他部位的脱氧核糖均连两个磷酸。

(2)DNA分子中，互补链配对的两个脱氧核苷酸之间靠什么连接？提示互补链配对的两个脱氧核苷酸之间靠氢键相连。

———————————————素养提升———————————————DNA分子中碱基数量的计算[典例3] (2019·梅河口五中月考)（多选）在一个双链DNA分子中，碱基总数为a，鸟嘌呤碱基数为b，则下列叙述错误的是()A.脱氧核苷酸数＝磷酸数＝aB.碱基之间的氢键数为2a＋bC.T的数量为a－bD.一条链中C＋G的数量为b解析DNA的基本单位是脱氧核苷酸，1分子的脱氧核苷酸是由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子含氮碱基组成，因此脱氧核苷酸数＝磷酸数＝a，A正确；依题意和碱基互补配对原则可推知，在该双链DNA中，A＋T＋G＋C＝a，G＝C ＝b，A＝T＝(a－b－b)÷2＝1/2a－b，又因为在双链DNA分子中，A与T之间有2个氢键，G与C之间有3个氢键，所以碱基之间的氢键数为2×(1/2a－b)＋3b ＝a＋b，B错误，C错误；依据碱基互补配对原则可推知，在双链DNA分子中，一条链上的碱基C、G分别与另一条链上的G、C相等，所以一条链中C＋G的数量为b，D正确。

答案BC[对点练3]某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是()解析DNA分子中(A＋C)/(T＋G)应始终等于1；一条单链中(A＋C)/(T＋G)与其互补链中(A＋C)/(T＋G)互为倒数，一条单链中(A＋C)/(T＋G)＝0.5时，互补链中(A＋C)/(T＋G)＝2；一条单链中(A＋T)/(G＋C)与其互补链中(A＋T)/(G＋C)及DNA分子中(A＋T)/(G＋C)都相等。

答案 C[一题多变] (1)DNA的两条单链之间，哪些比例是相等的？提示能配对的两个碱基之和所占的比例，即(A＋T)或(G＋C)在每条链上占的比例。

(2)DNA的两条单链之间，哪些比例互为倒数？提示不能配对的两个碱基之和所占的比例，即(A＋C)/(G＋T)或(A＋G)/(C＋T)。

联想质疑【易错提示】(1)脱氧核苷酸分子中，碱基连接在五碳糖的1′—C上，磷酸基团连接在五碳糖的5′—C上；(2)核苷酸脱水缩合形成多核苷酸长链时，一个核苷酸五碳糖3′—C与另一个核苷酸磷酸基团之间通过形成磷酸二酯键相连；(3)如果DNA的一条单链上的碱基序列为5′—GGTATC—3′，那么与其互补的另一条单链的碱基序列就为3′—CCATAG—5′。

★G—C碱基对的比例越高，DNA分子的稳定性越高(1)每个DNA片段中，游离的磷酸基团数是多少？磷酸数∶脱氧核糖数∶含氮碱基数是多少？提示：2个；1∶1∶1。

(2)关于DNA分子中碱基的配对问题，生物化学家查哥夫提出了DNA中嘧啶和嘌呤数目相等，这对DNA模型的构建有何提示？提示嘌呤总是和嘧啶配对，而不是嘌呤和嘌呤配对，或嘧啶和嘧啶配对。

【技法点拨】“归纳法”求解DNA分子中的碱基数量的计算规律(1)在DNA双链中嘌呤总数与嘧啶总数相同，即A＋G＝T＋C。

(2)“互补碱基之和”的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同，即若在一条链中A＋TG＋C ＝m，在互补链及整个DNA分子中A＋TG＋C＝m，而且由任一条链转录来的mRNA分子中(A＋U)/(G＋C)仍为m(注：不同DNA分子中m值可不同，显示特异性)。

(3)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1，即若在DNA一条链中A＋GT＋C＝a，则在其互补链中A＋GT＋C＝1a，而在整个DNA分子中A＋GT＋C＝1。

(注：不同双链DNA分子中非互补碱基之和的比均为1，无特异性)涉及DNA单链碱基计算的3个解题步骤制作DNA双螺旋结构模型———————————————自主梳理———————————————1.构建“脱氧核苷酸模型”(1)用卡纸剪下若干如图1所示圆形、五边形和矩形，分别代表磷酸、脱氧核糖和碱基。

(2)在代表脱氧核糖的每个五边形上如图1所示标注出1′—C、3′—C和5′—C的位置。

(3)将1个圆形、1个五边形和1个矩形按照图2所示的相对位置贴在一张A4纸上，并用铅笔将圆形和五边形的5′—C连接起来，将矩形与五边形的1′—C连接起来，这样就构建起了1个脱氧核苷酸模型。

(4)重复第(3)步，在A4纸上如图3所示，构建多个脱氧核苷酸模型，并在竖直方向上等距排列成两列。

2.构建“脱氧核苷酸长链模型”用水笔将A4纸上的上下相邻的脱氧核苷酸的磷酸二酯键标识出来，如图3所示，建构两条脱氧核苷酸长链模型。

注意下一个脱氧核苷酸的磷酸基团连接在上一个脱氧核苷酸的脱氧核糖的3′—C上。

3.构建DNA平面结构模型(1)将构建的两条脱氧核苷酸长链模型沿虚线处剪下。

(2)将两条脱氧核苷酸长链模型按图4所示反向平行的方式重新粘在一张A4纸上。

(3)在每一个矩形上用水笔标注出A、T、G或C，注意两条链之间的相邻碱基应遵循碱基互补配对原则。

(4)用水笔在A—T碱基对之间画出两条虚线，G—C碱基对之间画出三条虚线，这里的虚线代表的是碱基对之间的氢键。

(5)制作DNA分子的立体结构(双螺旋结构)模型将图4所示的A4纸两侧折叠卷成桶状，两个边缘上下适度错开不要对齐，并用透明胶带固定。

[典例4](2019·长安区一中期末)某同学制作一个DNA片段模型，现准备了15个碱基A塑料片，8个碱基T塑料片，40个脱氧核糖和40个磷酸塑料片，为了充分利用现有材料，还需准备碱基C塑料片()A.8个B.24个C.16个D.12个解析DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸，每分子脱氧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，所以40个脱氧核糖和磷酸的塑料片能形成20个脱氧核苷酸对，即20个碱基对.在双链DNA中，碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，即A—T、G—C，所以15个碱基A塑料片，8个碱基T 塑料片，能形成8个A－T碱基对。