DNA的结构和计算 高中生物重点知识梳理
今天来看看DNA的结构，一定要理解和记忆他的结构特点。1953年，沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型，它的主要特点是： (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)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（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，叫做碱基互补配对原则。
DNA的详细结构
1.基本组成单位——脱氧核苷酸
每分子含有磷酸、脱氧核糖和含氮碱基各1个。
①磷酸：每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。
②碱基：共有4种，分别是A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)。
③脱氧核糖：属于五碳糖。
2.结构中的化学键：
①氢键：配对的碱基间形成碱基对，通过氢键相连，可用DNA解旋酶断裂，也可用高温断裂。
②磷酸二酯键：连接磷酸和相邻脱氧核苷酸的脱氧核糖的化学键，可用限制酶切断，可用DNA连接酶或DNA聚合酶连接。
3.结构特点：
①稳定性：DNA中脱氧核糖和磷酸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：DNA分子中碱基对排列顺序多种多样。
③特异性：每种DNA有别于其他DNA的特定的碱基排列顺序。
4.水解产物及氢键数目计算：
①DNA水解产物：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。
②氢键数目计算：若碱基对为n，则氢键数为2n～3n，若已知A有m个，则氢键数为3n－m。
5.基因、染色体、DNA的关系：
DNA中碱基数量的计算
1．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＝m，在互补链及整个DNA分子中＝m。
(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分子的一条链中＝a，则在其互补链中＝，而在整个DNA分子中＝1。
【解题秘籍】3步解决DNA分子中有关碱基比例的计算
第1步：搞清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。
第2步：画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。
第3步：根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。
2.DNA分子结构的相关计算精选题
1.已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的( )
A．32.9%,17.1% B．31.3%,18.7%
C．18.7%,31.3% D．17.1%,32.9%
答案 B 解析 配对的碱基之和在一条链中与在整个DNA分子中的比例是相同的，因此，一条链中A、T、C、G的比例分别为31.3%、32.9%、17.1%和18.7%，根据碱基互补配对原则，它的互补链中T、C的比例分别为31.3%、18.7%。
2．某双链(α链和β链)DNA分子中有2000个碱基，其中腺嘌呤占20%。下列有关分析正确的是( )
A．α链中A＋T的含量等于β链中C＋G的含量
B．α链和β链中G所占本链的比例之和等于DNA双链中G所占的比例
C．该DNA分子中含有的氢键数目为2600个
D．以该DNA分子为模板转录出的RNA中A＋U＝800个
答案 C 解析 α链中A＋T的含量等于β链中T＋A的含量，A错误；α链和β链中G所占本链的比例之和是DNA双链中G所占比例的2倍，B错误；该DNA分子中氢键数目为A的数目×2＋G的数目×3＝400×2＋600×3＝2600(个)，C正确；一个DNA分子上有多个基因，且有非编码序列，因此无法判断转录出的RNA中A＋U的数目，D错误。
小题训练
1．判断关于DNA分子结构说法的正误
(1)DNA分子一条链上的相邻碱基通过“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”相连(×)
(2)DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基(×)
(3)双链DNA分子同时含有2个游离的磷酸基团，其中嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数(√)
(4)DNA分子是由两条核糖核苷酸长链反向平行盘旋成双螺旋结构(×)
(5)某双链DNA分子中一条链上A∶T＝1∶2，则该DNA分子中A∶T＝2∶1(×)
2．判断关于DNA分子的特性说法的正误
(1)DNA分子中(A＋T)/(C＋G)的值越大，该分子结构稳定性越低(√)
(2)相对分子质量大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同(×)
(3)DNA分子的多样性是指一个DNA分子上有许多个基因(×)
(4)人体内控制β-珠蛋白的基因由1 700个碱基对组成，其碱基对可能的排列方式有41 700 种(×)
易错警示:有关DNA结构的7点提醒
(1)DNA中两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，A—T含2个氢键，G—C含3个氢键。
(2)DNA中并不是所有的脱氧核糖都连着两个磷酸基团，两条链各有一个脱氧核糖连着一个磷酸基团。
(3)双链DNA中A与T分子数相等，G与C分子数相等，但A＋T的量不一定等于G＋C的量。
(4)DNA中，当(A＋G)/(T＋C)＝1时，可能是双链DNA，也可能是单链DNA。
(5)并非所有的DNA分子均具“双链”，有的DNA分子为单链。
(6)DNA的特异性是由碱基的排列顺序决定的，而不是由配对方式决定的，配对方式只有四种：A—T、C—G、T—A、G—C。
(7)并非所有DNA片段都是基因，基因是有遗传效应的DNA片段，不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将不同的基因分隔开。