第22讲 DNA分子的结构、复制及基因的本质
考点一 DNA分子的结构及相关计算
1.DNA分子的化学组成
(1)基本组成元素：C、H、O、N、P。 (2)基本单位
2.DNA分子的结构 (1)主要特点
①两条脱氧核苷酸长链反向平行盘旋而成。
②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，例如：
??A＝T?或T＝A?????遵循碱基互补配对原则 ?G≡C?或C≡G????
(2)空间结构：规则的双螺旋结构。 3.DNA分子的特性
(1)相对稳定性：DNA分子中磷酸和脱氧核糖交替连接的方式不变；两条链间碱基互补配对的方式不变。
(2)多样性：不同的DNA分子中脱氧核苷酸数目不同，排列顺序多种多样。若某DNA分子中有
n个碱基对，则排列顺序有4n种。
(3)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA的特定的碱基对排列顺序，代表了特定的遗传信息。 [诊断与思考]
1
1.判断下列说法的正误
(1)沃森和克里克研究DNA分子的结构时，运用了构建物理模型的方法( √ ) (2)富兰克林和威尔金斯对DNA双螺旋结构模型的建立也作出了巨大的贡献( √ ) (3)双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的( × ) (4)嘌呤碱基与嘧啶碱基的结合保证了DNA分子空间结构的相对稳定( √ ) (5)DNA分子中两条脱氧核苷酸链之间的碱基一定是通过氢键连接的( √ ) (6)含有G、C碱基对比较多的DNA分子热稳定性较差( × )
(7)分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同( × ) 2.据图回答相关问题：
(1)基本结构
①由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基组成，三者之间的数量关系为1∶1∶1。 ②磷酸：每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。 (2)水解产物
DNA的初步水解产物是脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和含氮碱基。 (3)DNA分子中存在的化学键
①氢键：碱基对之间的化学键，可用解旋酶断裂，也可加热断裂，A与T之间有两个氢键，G与C之间有三个氢键。
②磷酸二酯键：磷酸和脱氧核糖之间的化学键，用限制性核酸内切酶处理可切断，用DNA连接酶处理可连接。
(4)碱基对数与氢键数的关系
若碱基对数为n，则氢键数为2n～3n，若已知A有m个，则氢键数为3n－m。 3.据图分析DNA分子结构中的碱基计算
(1)在双链DNA分子中，互补碱基两两相等，A＝T，C＝G，A＋G＝C＋T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。
(2)在双链DNA分子中，互补的两碱基之和(如A＋T或C＋G)占全部碱基的比例等于其任何一条单链中这两种碱基之和占该单链中碱基数的比例。
(3)DNA分子一条链中(A＋G)/(C＋T)的比值的倒数等于互补链中该种碱基的比值，在整个DNA
2
分子中该比值等于1。(不配对的碱基之和的比值在两条单链中互为倒数)
(4)DNA分子一条链中(A＋T)/(C＋G)的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值。(配对的碱基之和的比值在两条单链和双链中比值都相等)
(5)不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，即(A＋T)/(C＋G)的值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。
(6)若已知A占双链的比例为c%，则A1/单链的比例无法确定，但最大值可求出为2c%，最小值为0。
题组一 DNA分子的结构分析
1.(2013·广东，2)1953年Watson和Crick构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于( )
①证明DNA是主要的遗传物质 ②确定DNA是染色体的组成成分 ③发现DNA如何储存遗传信息 ④为DNA复制机制的阐明奠定基础 A.①③ B.②③ C.②④ D.③④ 答案 D
解析 沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构模型的特点是：(1)DNA分子由两条链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构；(2)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：A一定与T配对，G一定与C配对。DNA中碱基对排列顺序可以千变万化，这为解释DNA如何储存遗传信息提供了依据；一个DNA分子之所以能形成两个完全相同的DNA分子，其原因是DNA分子的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，碱基互补配对原则保证复制精确完成，所以DNA双螺旋结构模型的构建为人们后来阐明DNA复制的机理奠定了基础。
2.如图表示一个DNA分子的片段，下列有关表述正确的是( )
A.④代表的物质中储存着遗传信息 B.不同生物的DNA分子中④的种类无特异性 C.转录时该片段的两条链都可作为模板链
D.DNA分子中A与T碱基对含量越高，其结构越稳定 答案 B
3
解析 遗传信息蕴藏在4种脱氧核苷酸的排列顺序之中，单个核苷酸则不能储存遗传信息，A项错误；不同生物的DNA均由4种脱氧核苷酸(包括④)组成，B项正确；转录时以其中的一条链为模板，C项错误；由于C—G碱基对含3个氢键，所以C—G碱基对含量越高，DNA越稳定，D项错误。
题组二 DNA分子结构中的碱基计算
3.某双链DNA分子中含有200个碱基，一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，则该DNA分子( )
A.四种含氮碱基A∶T∶G∶C＝4∶4∶7∶7
B.若该DNA中A为p个，占全部碱基的(m>2n)，则G的个数为－p
m2nC.碱基排列方式共有4种 D.含有4个游离的磷酸 答案 B
解析 该DNA分子的一条链上A∶T∶G∶C＝1∶2∶3∶4，另一条链上A∶T∶G∶C＝2∶1∶4∶3，整个DNA分子中A∶T∶G∶C＝3∶3∶7∶7；若该DNA中A为p个，占全部碱基
200
npmpm－2pnpm碱基总数－2pnpm的，则碱基总数为个，则G＝＝＝－p；该DNA分子含有100个碱mn222n基对，30个A—T碱基对，70个G—C碱基对，碱基排列方式少于4种；一个DNA分子由两条DNA链组成，含2个游离的磷酸。
4.下列是一组有关双链DNA分子中含氮碱基的问题，请回答： (1)若A占20%，则G占________。
(2)若双链DNA中A占20%，且一条链中的A占20%，则此链中C所占比例的最大值是________。 (3)一条链中(A＋C)/(T＋G)＝0.4，互补链中的此值是________。 (4)一条链中(A＋T)/(C＋G)＝0.4，互补链中的此值是________。
(5)若A有P个，占全部碱基数的20%，则该DNA分子中的G有________个。 答案 (1)30% (2)60% (3)2.5 (4)0.4 (5)1.5P
解析 (1)由双链DNA分子的嘌呤碱基数占总碱基数的一半可知：A＋G＝50%，因而G占30%。(2)由双链DNA分子A占20%可知：该DNA分子中(A＋T)占40%，(C＋G)占60%，对任意一条链而言，某种碱基所占比例的最大值即该对碱基所占的比例，因而，C最多占该链的60%。(3)由双链DNA中，一条链中的(A＋C)/(T＋G)与另一条链中的该比值互为倒数可知：其互补链中的(A＋C)/(T＋G)＝1/0.4＝2.5。(4)由于双链DNA及任意一条链中的(A＋T)/(C＋G)为一定值，可知其互补链中的(A＋T)/(C＋G)＝0.4。(5)若A有P个，占全部碱基数的20%，则DNA分子的总碱基数为P/20%＝5P(个)，而由双链DNA分子的嘌呤碱基数占总碱基数的一半可知：G占总碱基数的50%－20%＝30%，则G有5P×30%＝1.5P(个)。
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