第二节DNA 的分子结构和特点1．DNA 是由四种不同的(A 、G 、C 、T)脱氧核苷酸聚合而成的高分子化合物。
2．DNA 分子的双螺旋结构：①脱氧核糖与磷酸相间排列在外侧，形成两条脱氧核苷酸链(反向平行)，构成DNA 的基本骨架；②两条脱氧核苷酸链之间是碱基对，排列在内侧。
3．DNA 分子中碱基之间一一对应，遵循卡伽夫法则 (碱基互补配对)：A 一定与T 配对，A 和T 的分子数相等；G 一定与C 配对，G 和C 的分子数相等；但A ＋T 的量不一定等于G ＋C 的量。
依据卡伽夫法则可以确定是双链DNA 还是单链DNA 。
4．不同生物的DNA 碱基对的数目可能相同，但碱基对的排列顺序肯定不同。
5．基因是有遗传效应的DNA 片段，基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。
错误!1．DNA 的化学组成(1)基本组成元素：C 、H 、O 、N 、P 五种元素。
(2)基本单元：脱氧核苷酸。
(3)脱氧核苷酸分子组成：脱氧核苷酸⎩⎨⎧ 脱氧核苷⎩⎪⎨⎪⎧脱氧核糖碱基、T 、G 、磷酸 (4)脱氧核苷酸的种类：①碱基组成：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)。
②种类：腺嘌呤脱氧核苷酸；鸟嘌呤脱氧核苷酸；胞嘧啶脱氧核苷酸；胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
2．DNA 分子的结构特点[巧学妙记] DNA 结构的“五、四、三、二、一”五种元素：C 、H 、O 、N 、P ；四种碱基：A 、G 、C 、T ，相应的有四种脱氧核苷酸；三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基；两条长链：两条反向平行的脱氧核苷酸链；一种螺旋：规则的双螺旋结构。
1．DNA 分子主要存在于细胞的什么部位？提示：DNA 分子主要存在于细胞核中的染色体上，在线粒体和叶绿体中有少量分布。
2．双链DNA 分子中，嘌呤碱基数与嘧啶碱基数有什么关系？提示：嘌呤碱基数＝嘧啶碱基数。
3．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∶含氮碱基数的比例是多少？提示：(1)2个；(2)1∶1∶1。
4．两个长度相同的双链DNA 分子，其结构差异主要体现在哪里？提示：主要体现在碱基对的排列顺序不同。
1．DNA 分子的结构(1)基本单位——脱氧核苷酸，如图所示：其中，○表示磷酸基团； 表示脱氧核糖(O 表示氧原子，数字表示碳原子编号)；□表示含氮碱基，构成DNA 分子的含氮碱基共有4种，即A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)。
(2)一条脱氧核苷酸单链中，相邻脱氧核苷酸之间的连接如图所示：一分子脱氧核苷酸中脱氧核糖上的3号碳原子与另一分子脱氧核苷酸中的磷酸通过形成新的化学键(磷酸二酯键)相连接。
(3)两条单链之间形成的碱基对表示如下：(4)DNA分子形成规则的双螺旋结构：[特别提醒](1)在脱氧核苷酸分子中，特别要注意三个小分子之间的连接，其中脱氧核糖的1号碳原子与含氮碱基相连，5号碳原子与磷酸分子相连。
(2)DNA分子的每条脱氧核苷酸长链中，两个脱氧核苷酸分子间的连接是：一个脱氧核苷酸分子的脱氧核糖上3号碳原子上的羟基与另一个脱氧核苷酸的磷酸通过形成磷酸二酯键相连接。
2．DNA分子的特性(1)稳定性：①DNA分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋成粗细均匀、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连接的方式稳定，排列在外侧，构成基本骨架。
③DNA分子双螺旋结构的中间为碱基对，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，且每个特定的DNA分子中碱基对的数量和排列顺序稳定不变。
(2)多样性：DNA分子中碱基对的排列顺序多种多样。
设某DNA分子有n个碱基对，DNA分子上的一个碱基对可能是A－T或T－A或G－C或C－G，即每一个碱基对有4种类型的可能性，故n个碱基对的排列顺序种类数为4n，这样便构成了DNA分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性。
(3)特异性：每种DNA分子都有区别于其他DNA分子的特定的碱基排列顺序。
DNA分子的多样性与特异性，从分子水平上说明了生物界的多样性和生物个体之间存在差异的原因。
3．卡伽夫法则及其应用(1)卡伽夫法则：在DNA分子中，A和T的分子数相等，G和C的分子数相等，但A＋T的量不一定等于G＋C的量。
(2)碱基计算的一般规律：①规律一：一个双链DNA 分子中，A ＝T 、C ＝G 、A ＋G ＝T ＋C 、A ＋C ＝G ＋T ，即a ．嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，各占全部碱基数的50%；b ．不互补配对的两种碱基之和占全部碱基数的50%；c ．双链中，不配对的两种碱基之和的比值为1。
②规律二：一个双链DNA 分子中，一条链中的两个不互补配对碱基之和的比值是另一条互补链中这一比值的倒数。
设双链DNA 分子一条链上A1＋G1T1＋C1＝m ，因为A1＋G1T1＋C1＝T2＋C2A2＋G2＝m ，所以互补链上A2＋G2T2＋C2＝1m 。
③规律三：一个双链DNA 分子中，互补配对的碱基之和在两条单链中所占比例等于在整个DNA 分子中所占比例。
设双链DNA 分子中的一条链上总碱基数为100个，A 1＋T 1＝n %，因为A 1＝T 2、A 2＝T 1，则：A 1＋T 1＝A 2＋T 2＝n %。
所以A ＋T ＝A 1＋A 2＋T 1＋T 2＝n ＋n 200＝n %。
④规律四：一个双链DNA 分子中，某碱基占碱基总量的百分数等于两条链中的该碱基所占百分数的平均值。
设双链DNA 分子中含有碱基总数为200个，其中一条链上的腺嘌呤A 所占的百分数为A 1%，另一条链上的腺嘌呤A 所占的百分数为A 2%，则在整个DNA 分子中腺嘌呤A 所占的比例为A1＋A2200＝A1%＋A2%2。
[特别提醒](1)运用卡伽夫法则解决碱基比例问题时，应注意题中所给的和所求的碱基比例是占DNA 分子的比例还是占其中一条链的比例。
(2)运用卡伽夫法则解决碱基比例问题时，应熟练掌握：在双链DNA 分子中，不配对的两种碱基之和占总数的一半。
错误![例1]下面为DNA 分子结构示意图，对该图的叙述正确的是( )a．②和③相间排列，构成了DNA分子的基本骨架b．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸c．⑨是氢键，其形成遵循碱基互补配对原则d．DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息e．③占的比例越大，DNA分子越不稳定f．⑤⑥⑦⑧依次代表A、G、C、TA．bcdf B．cdfC．abcf D．bce[思路点拨][精讲精析] DNA分子是反向平行的双螺旋结构，①磷酸与②脱氧核糖交替排列在外侧，构成了DNA的基本骨架；④中的③②及②下方的磷酸基团组成胞嘧啶脱氧核苷酸，①磷酸属于上一胸腺嘧啶脱氧核苷酸的磷酸基团，不属于④；内部两条脱氧核苷酸链间碱基互补配对，配对碱基之间通过氢键相连； DNA分子中特定的脱氧核苷酸序列代表了遗传信息。
G与C之间形成3条氢键，G与C含量越多，DNA分子越稳定；根据碱基互补配对原则，⑤⑥⑦⑧依次代表A、G、C、T。
[答案] BDNA分子是由反向平行的脱氧核苷酸链组成，每条链中磷酸与脱氧核糖交替排列构成DNA的基本骨架，脱氧核糖的1号碳原子与含氮碱基相连，5号碳原子与磷酸分子相连。
1．“三看法”判断DNA分子结构的正误一看外侧链成键位置是否正确，正确的成键位置在一分子脱氧核苷酸的5号碳原子上的磷酸基与相邻核苷酸的3号碳原子之间；二看外侧链是否反向平行；三看内侧链碱基之间配对是否遵循碱基互补配对原则。
2．解读DNA分子结构模式图信息(1)每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。
(2)○、、□之间的数量关系是1∶1∶1。
○和之间的化学键为磷酸二酯键。
(3)碱基对之间的化学键为氢键，A－T对之间形成2个氢键，G－C对之间形成3个氢键。
氢键可用解旋酶断裂，也可加热断裂。
若碱基对为n，则氢键数为2n～3n之间，若已知A有m个，则氢键数为3n－m。
(4)每个脱氧核苷酸中，脱氧核糖中1号碳与碱基相连接，5号碳与磷酸相连接，3号碳与下一个脱氧核苷酸的磷酸相连接，如右图。
3．区分核酸种类的方法(1)若含U，则该核酸一定为RNA。
因为只有RNA分子含有尿嘧啶；(2)若含T，A≠T或嘌呤≠嘧啶，则一般为单链DNA。
因为双链DNA分子中A＝T，G＝C，嘌呤(A＋G)＝嘧啶(T＋C)。
(3)若嘌呤≠嘧啶，肯定不是双链DNA(可能为单链DNA，也可能为RNA)。
但若是细胞中所有的核酸的嘌呤数≠嘧啶数，则可能既有双链DNA又有RNA。
下列有关下图DNA分子结构的叙述，正确的是( )A．DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的规则的双螺旋结构，其基本骨架由脱氧核糖、磷酸和含氮碱基交替排列而成B．整个DNA分子中，嘌呤数目等于嘧啶数目，所以每条DNA单链中A＝T、G＝CC．与DNA分子中的碱基G直接相连的是碱基C和脱氧核糖D．每个脱氧核糖均只与一个磷酸和一个碱基相连解析：选C DNA分子双螺旋结构的外侧是磷酸与脱氧核糖交替排列构成的基本骨架，碱基排列在内侧。
若DNA分子的一条链上是碱基A，则另一条链上与之配对的一定是碱基T；一条链上是碱基G，则另一条链上与之配对的一定是碱基C，反之亦然。
所以，在双链DNA分子中A＝T、G＝C，但在单链中，碱基A的数目不一定等于碱基T的数目，碱基G的数目也不一定等于碱基C的数目。
在一个脱氧核苷酸中，碱基G与脱氧核糖直接相连，两链之间碱基G与碱基C互补配对。
每个脱氧核糖均只与一个碱基相连，但除了游离的脱氧核糖只与一个磷酸相连外，其余脱氧核糖均与两个磷酸相连。
[例2] 在一个DNA分子的一条链上，腺嘌呤比鸟嘌呤多40%，两者之和占DNA分子上碱基总数的24%，则这个DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链上碱基数目的( )A．44% B．24%C．14% D．28%[思路点拨][精讲精析] 画出DNA分子简图(如右图所示)。
依题意，列出等量关系：(A1－G1)/G1＝40%→A1＝1.4G1，①而在整个DNA分子中：(A1＋G1)/200＝24%→A1＋G1＝48，②联系①、②得：A1＝28。
整个DNA分子中A1＝T2，则T2＝28。
[答案] D明确双链DNA的两条链所含碱基数目相同，且A＝T，G＝C，一条链中的A、T、G、C数目等于另一条链中的T、A、C、G数目，整个DNA分子中A＋G数占碱基总数的50%。
解答此类问题分三步第一步：弄清题干所给的碱基比例是占整个DNA分子的比例，还是占一条链的碱基比例。
第二步：直观地画一个DNA分子简图，绘出两条链及碱基符号，并注明含量，标出已知和求解，并分析碱基之间的关系。
第三步：根据碱基互补配对原则及其推论进行解答。
错误![课堂回扣练习]一、概念原理识记题1．下列关于DNA结构的叙述中，错误的是( )A．大多数DNA分子由两条核糖核苷酸长链盘旋而成为螺旋结构B．外侧是由磷酸和脱氧核糖交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基C．DNA两条链上的碱基间以氢键相连，且A与T配对，C与G配对D．DNA的两条链反向平行解析：选A 绝大多数DNA分子由两条脱氧核苷酸长链盘旋而成为双螺旋结构，而不是由核糖核苷酸长链盘旋而成，核糖核苷酸是RNA的基本组成单位。