课程信息

 

【本讲教育信息】

一、教学内容

DNA分子的结构和特点

1. DNA分子基本单位的化学组成。

2. DNA分子结构及其特点。

3. DNA分子结构模型的提出。

4. DNA分子有关的碱基含量计算。

 

二、重点导学

DNA分子基本单位的化学组成  DNA分子结构及其特点  DNA分子结构模型的提出

 

三、全面突破

知识点1：DNA分子基本单位的化学组成

我们已经知道DNA分子是主要的遗传物质，它能使亲代的性状在子代表现出来。那么DNA分子为什么能起遗传作用呢?

思考：

1. DNA分子为什么属于高分子化合物（从元素组成和分子量上考虑分析）?

（组成DNA分子的化学元素有C、H、O、N、P，分子量高达几十万甚至几百万，因此DNA分子是—种高分子化合物。）

2. 构成DNA分子的基本单位是什么?

（构成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸）

3. 构成DNA分子的基本单位有几种?分别是什么?

（构成DNA分子的基本单位——脱氧核苷酸，总共有四种，分别叫腺嘌呤脱氧核苷酸（A），鸟嘌呤脱氧核苷酸（G）、胞嘧啶脱氧核苷酸（C）、胸腺嘧啶脱氧核苷酸（T） 。每种脱氧核苷酸都由三部分组成：即一分子含氮碱基、一分子脱氧核糖和一分子磷酸。）

4. DNA分子是由几条脱氧核苷酸长链组成的?

（DNA分子是由两条脱氧核苷酸长链组成的。）

 

知识点2：DNA分子结构及特点

1. DNA分子结构

（1）DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。

（2）DNA分子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）DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。

2. 碱基互补配对原则

碱基互补配对原则是：碱基A与T、G与C之间的一一对应关系，叫碱基互补配对原则。

3. A与T、G与C配对的原因：

（1）嘌呤碱是双环化合物，占有空间大；嘧啶碱是单环化合物、占有空间小，而DNA分子的两条链距离是固定的，因此，只能是嘌呤碱与嘧啶碱配对。

（2）由于A与T通过两个氢键连结，G与C之间通过三个氢键连结，这样使DNA的结构更加稳定。

4. DNA分子的结构特性

（1）多样性。DNA分子中碱基相互配对的方式虽然不变，而长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的，如一个DNA分子的一条链中有150个四种不同的碱基，它的排列方式有4150种。实际上构成DNA分子的脱氧核苷酸数目是成千上万的，其排列种类几乎是无限的，这就构成了DNA分子的多样性（取决于碱基对的排列顺序）。

（2）特异性。每个特定的DNA分子（如你自己制作的DNA）都具有特定的碱基排列顺序，这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子自身严格的特异性（特定的碱基排列顺序）。

由DNA分子的多样性和特异性说明了世界上的各种生物之间、同种生物不同个体之间表现出千差万别的根本原因。因此，用DNA分子可以起到鉴定生物个体的作用。

（3）稳定性。两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。

5. DNA分子的空间结构：规则的双螺旋结构。

思考：

（1）我们知道，通过细胞有丝分裂使生物的亲代与子代之间保持遗传性状的稳定性，为什么?

（是遗传物质DNA分子复制（间期）和平均分配（末期）的结果。）

（2）那么DNA分子是怎样进行复制的呢?

 

知识点3：DNA分子结构模型的提出

1951年，威尔金斯和富兰克林展示了一张DNA的X射线衍射图，从这张图我们能看出什么？

我们只能看到有点模糊的，有点对称的图片。但是一直对DNA有浓厚兴趣的沃森看到这张图时，激动得话也说不出来，他的心怦怦直跳，根据此图他断定DNA的结构是一个螺旋体。他打定主意要制作一个DNA模型。他把这种想法告诉了他的合作者克里克。于是他们两人便采用当时著名的化学家鲍林研究蛋白质结构的模型构建法，用纸和铁丝制作模型。

他们先后制作了双链模型和三链模型，但都被否认了。但沃森坚持认为，DNA分子可能是一种双链结构。因为自然界中的事物，很多都是成双成对的，细胞中的染色体也是成对的。之后他们分别完成了以脱氧核糖和磷酸交替排列为基本骨架，碱基排在外面的双螺旋结构和以脱氧核糖和磷酸交替排列为基本骨架，碱基排在内部，且同型碱基配对的双螺旋结构。

但这些模型又被否定了。

这个时候，奥地利的著名生物化学家查哥夫访问了剑桥大学，沃森和克里克从他那里得到了一个重要的信息：A的量等于T的量，G的量等于C的量。于是沃森和克里克又兴奋起来，让长的和短的连接，这样便能做成一个结构很牢固很平衡的螺旋体。

一个新的具有碱基互补配对的DNA模型诞生了。1953年，美国科学家沃森和英国科学家克里克提出了著名的DNA分子双螺旋结构模型。

 

知识点4：DNA分子中关于碱基含量的计算

 

【典型例题】

例1、下列关于双链DNA的叙述错误的是  （    ）

A. 若一条链上A和T的数目相等，则另一条链上的A和T数目也相等

B. 若一条链上A的数目大于T，则另一条链上A的数目小于T

C. 若一条链上的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链也是A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4

D. 若一条链上的A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则另一条链为A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3

分析：由于在双链DNA分子中一条链上的A等于另一条链上的T、一条链上的C等于另一条链上的G，所以题中A、B、D三项成立。在C项中，一条链上的A等于另一条链上的A，而T则为A的2倍等均不符合碱基互补配对原则。

答案：C

 

例2、在DNA分子双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有两个氢键，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有三个氢键。现有四种DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌（生活在高温环境中）的是  （    ）

A. 含胸腺嘧啶32%的样品

B. 含腺嘌呤17%的样品

C. 含腺嘌呤30%的样品

D. 含胞嘧啶15%的样品

分析：题干给予的信息包括了碱基对中氢键的个数和嗜热菌所处的环境等。要求考生联系高温环境做思考，温度因素要求生物体在物质结构上具有相适应的特征。显然，若环境温度高，对体内物质维持稳定性的要求也高，而氢键增多利于维持DNA的稳定，氢键的多少与碱基的组成密切相关。腺嘌呤与胸腺嘧啶相对少些，含胞嘧啶与鸟嘌呤就多，氢键也就多。解题时，要求考生通过计算获知哪一选项的胞嘧啶与鸟嘌呤较多，这也就是要选的答案。

根据“腺嘌呤与胸腺嘧啶的含量相等，胞嘧啶与鸟嘌呤含量相等”这一碱基配对的数量规律，可计算出如下结果： A选项中胞嘧啶与鸟嘌呤占36%；B选项中胞嘧啶与鸟嘌呤占66%；C选项中胞嘧啶与鸟嘌呤占40%；D选项中胞嘧啶与鸟嘌呤占30%。

答案：B

 

例3、决定DNA遗传特异性的是  （    ）

A. 脱氧核苷酸长链上磷酸和脱氧核糖的排列特点

B. 嘌呤总数与嘧啶总数的比值

C. 碱基互补配对的原则

D. 碱基排列顺序

分析：选项A、B、C谈到的情况不会决定DNA的遗传特异性，因为脱氧核苷酸长链上的脱氧核糖和磷酸总是交替连接，排列在DNA分子的外侧，且交替排列的顺序是稳定不变的。嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基总数的比值总是1∶1。A与T，G与C之间相互配对的原则也是固定的，因此，只有长链中碱基（对）的排列顺序才能决定DNA的遗传特异性。

答案：D

 

【超前思维】

下一讲我们将学习《遗传信息的传递》，请大家从以下几方面作好预习。

1. DNA分子复制的条件、过程和特点。

2. “探究DNA的复制过程”的资料分析。

 

重点导学

1. DNA复制是指以亲代DNA分子为模板来合成子代DNA的过程。DNA的复制实质上是          的复制。

2. 体细胞DNA复制发生在有丝分裂间期；在配子形成时则主要发生在减数第一次分裂之前的间期。

3. DNA复制时的必需条件是：亲代DNA的     条母链提供准确模板，          为原料，能量（ATP）和一系列的       ，缺少其中任何一种，DNA复制都无法进行。

4. DNA边解旋边复制，复制的特点是               ；之所以能够准确复制，一是因为它具有独特的                结构，能为复制提供模板；二是因为它的碱基互补配对能力，能够使复制准确无误。

 

【模拟试题】（答题时间：25分钟）

一、选择题：

1. 某DNA分子片段中，胞嘧啶有240个，占全部碱基的30%，则在这个片段中，腺嘌呤有（    ）

A. 240个         B. 48个             C. 800个           D. 160个

2. 双链DNA分子的一个片段中，含有腺嘌呤520个，占碱基总数的20%，则这个片段中含胞嘧啶（    ）

A. 350个          B. 420个          C. 520个          D. 780个

3. 基因研究最新发现表明，人与小鼠的基因约80％相同。则人与小鼠DNA碱基序列相同的比例是（    ）

A. 20％                 B. 80％                 C. 11％                 D. 无法确定

4. 以下生物的全部核酸中碱基组成是：嘌呤碱基占总数的58％，嘧啶碱基占总数的42％，下列生物中不可能的是（    ）

A. T2噬菌体         B. 烟草花叶病毒  C. 细菌                D. 酵母菌和人

5. DNA分子结构具有多样性的原因是（    ）

A. 碱基和脱氧核糖排列顺序千变万化     

B. 四种碱基的配对方式千变万化

C. 两条长链的空间结构千变万化             

D. 碱基对的排列顺序千变万化

6. 从某生物组织中提取DNA进行分析，其四种碱基数的比例是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）所含的碱基中有28％是腺嘌呤，问与H链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的（    ）

A. 26％         B. 24％         C. 14％         D. 11％

7. 一个DNA分子中，G和C之和占全部碱基数的46%，又知在该DNA分子的一条链中，A和C分别占碱基数的28%和22%，则该DNA分子的另一条链中，A和C分别占碱基数的（    ）

A. 28%和22%   B. 22%和28%     C. 23%和27%   D. 26%和24%

8. 在某个DNA分子片段中有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. 2个和510个   

C. 2个和400个                             D. 400个和510个

9. 在一个DNA分子中，腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占全部碱基数的42%，若其中一条链中的胞嘧啶占该链碱基总数的24%，胸腺嘧啶占30%，则在其互补链上，胞嘧啶和胸腺嘧啶分别占（    ）

A. 12%和34%   B. 21%和24%     C. 34%和12%     D. 58%和30%

10. 构成DNA结构的基本成分是（    ）

①核糖  ②脱氧核糖  ③磷酸  ④腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶  ⑤胸腺嘧啶  ⑥尿嘧啶

A. ①③④⑤        B. ①②④⑥       C. ②③④⑤        D. ②③④⑥

11. 由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

12. 在DNA分子中，下列哪种比例因生物种类的不同而具有特异性（    ）

A. （A+C）/（G+T）                  B. （C+G）/（ A+T）

C. （A+G）/（C+T）               D. C/G或A/T

13. 不同的DNA之间存在差异，其原因最可能是（    ）

A. 所含的碱基数目不同

B. 碱基的排列顺序不同

C.（A+T）∶（G+C）的比值不同

D.（A+G）∶（T+C）的比值不同

 

二、非选择题

14. 已知多数生物的DNA是双链的，个别生物的DNA是单链的。有人从三种生物中提取出核酸，经分析它们的碱基比率如下表。

生物

A

G

U

T

C

甲

25

24

 

32

19

乙

23

24

27

 

25

丙

31

19

 

31

19

这表明生物_______的核酸是RNA，生物________的核酸是双链DNA，从碱基比率看，双链DNA的特点是：G与C的数目相等，___________的数目相等。

 

 

【试题答案】

一、选择题

1~5 DDDAD  6~10 ADBCC  11~13 CBB

 

二、非选择题

14. 乙    丙    A与T