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第2节 DNA的结构
中关村DNA双螺旋结构“生命”雕塑，如今已被看作中关村的标志。
——不朽的 双螺旋
DNA
3.1.2概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成的，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.DNA结构特点体现了生命的物质性，DNA结构模型的构建可以提高学生探究能力、合作能力和动手能力。（生命观念、科学探究）
2.理解并掌握DNA分子的结构特点，并掌握有关的计算规律。（科学思维)
3.在DNA结构的认识过程中，充分体现了科学家们痴迷科学、崇尚真理的科学精神。（社会责任）
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
进
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课
堂
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1.模型名称：
DNA双螺旋结构模型
2.构建者：沃森和克里克
依据：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G4种碱基。
3.构建过程：
1分子脱氧核苷酸=____________+_______________+______________。
DNA的基本单位是_____________,
脱氧核苷酸
1分子磷酸
1分子脱氧核糖
1分子含氮碱基
含氮碱基
脱氧
核糖
磷酸
1′
2′
3′
4′
5′
【模型建构1】脱氧核苷酸
基于生物学事实和证据运用模型与建模等方法，体现了科学思维的核心素养。
【模型建构2】
一条脱氧核苷酸链
…
磷酸二酯键
思考：这些脱氧核苷酸是如何连接成DNA长链的呢？
基于生物学事实和证据运用模型与建模等方法，体现了科学思维的核心素养。
针对特定的生物学现象，进行观察、提问，体现了科学探究的核心素养。
【模型建构3】
DNA双链
DNA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。
A
G
C
T
氢键
A
T
G
C
材料：奥地利著名生物化学家查哥夫研究得出：DNA腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量(A=T)，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量(G=C)。
思考： DNA是由几条链组成的？它具有怎样的立体结构呢？
基于生物学事实和证据,运用模型与建模等方法，体现了科学思维的核心素养。
材料： 1951年，英国生物物理学家威尔金斯和富兰克林提供了DNA的X射线衍射图谱。
【模型建构4】
DNA双螺旋
基于生物学事实和证据运用模型与建模等方法，体现了科学思维的核心素养。
ＤＮＡ双螺旋结构模型的构建
【例1】下列关于DNA结构模型构建的叙述，错误的是(　　)
A.富兰克林的DNA衍射图谱为模型的构建提供了重要依据
B.根据DNA衍射图谱，沃森和克里克推算出DNA分子呈螺旋结构
C.沃森和克里克在最初构建的双螺旋结构中，认为磷酸和脱氧核糖排列在外部，碱基排列在内部，且A与T配对，G与C配对
D.DNA分子是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的
C
在DNA结构模型的构建过程中，最初并不知道A一定与T配对，G一定与C配对。
二、DNA的结构
A
A
T
T
G
G
G
C
C
A
T
C
1.DNA的结构特点
①DNA是由_____条链组成的，两条链按_________盘旋成________结构。
②_________ _____交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；______排列在内侧。
③碱基通过______连接成碱基对，并遵循______________原则。
反向平行
双螺旋
脱氧核糖和磷酸
碱基
氢键
碱基互补配对
两
【警示】（1）DNA两条链之间的脱氧核苷酸数目相等 两条链之间的碱基、脱氧核糖和磷酸数目对应相等。
（2）碱基配对的关系是：A(或T)一定与T(或A)配对、G(或C)一定与C(或G)配对，这就是碱基互补配对原则。
（3） A与T之间形成2个氢键，G与C之间形成3个氢键。
（4）构成DNA分子的两条脱氧核苷酸链以反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
（5）根据碱基互补配对原则，双链DNA中含氮碱基数目的关系是：A＝T、G＝C，而单链DNA中，则往往是A≠T、G≠C。
具有规则的双螺旋结构，两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序稳定不变，碱基配对的方式稳定不变。
长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。
（4n种，n表示碱基对数）
DNA分子的特异性就体现在特定的碱基（对）排列顺序中。
多样性：
稳定性：
2.DNA的特性
特异性：
【例2】下图是某DNA片段的结构示意图,下列叙述正确的是(　　)
A.DNA每条链上的碱基通过氢键连接
B.DNA分子中A—T碱基对含量高时，其稳定性较高
C.磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA分子的基本骨架
D.a链、b链方向相同，a链与b链的碱基互补配对
C
【解析】选C。两条链上的碱基通过氢键连接。碱基A与T之间有2个氢键，碱基G与C之间有3个氢键，因此G—C碱基对含量高的DNA分子的稳定性较高。磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA分子的基本骨架。DNA分子的两条单链方向相反，a链与b链的碱基互补配对。
【拓展】沃森和克里克发现的DNA双螺旋结构，可概括为
“五种元素、四种碱基、三种物质、两条单链、一种结构”。即：
五种元素：
四种碱基：
三种物质：
两条单链：
一种结构：
基于生物学事实和证据运用归纳与概括，体现了科学思维的核心素养。
C、H、O、N、P
A、T、G、C，相对应四种脱氧核苷酸
磷酸、脱氧核糖、碱基
两条反向平行的脱氧核苷酸链
规则的双螺旋结构
3.DNA有关碱基数量的计算：
设DNA一条链为1链，互补链为2链。
根据碱基互补配对原则
可知： A1=T2
A2=T1
G1=C2
G2=C1
则在DNA双链中：
A=T ， G=C
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
1
2
基于生物学事实和证据运用演绎与推理，体现了科学思维的核心素养。
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
②双链DNA分子中，互补的两条
链中（A+G）/（T+C）互为倒数。
①嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数
A+G=T+C 即（A+G）/（T+C）=1
2
1
A1+G1
T1 +C1
T2 +C2
A2 +G2
=
A1+C1
T1 +G1
T2 +G2
A2 +C2
=
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
若1链：(A1+G1) / (T1+C1)=b,
则2链：(A2+G2) / (T2+C2)=1/b；
若1链：(A1+T1) / (G1+C1)=a，
则2链：(A2+T2) / (G2+C2)=a；
1
2
同理：
A+T
A+T+G+C
=
=
（G+C）%
(G1+C1)%
(G2 +C2)%
=
=
A1
T2
T1
A2
G1
C2
C1
G2
DNA双链
③
2
1
A1+T1
A1+T1+G1+C1
A2+T2
A2+T2+G2+C2
1.某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？
因为DNA分子中，A+G=T+C=50%。
所以，A=50%–23%=27%
2.在DNA的一条单链中，（A+G）/（T+C）=0.4，则在其互补链和整个DNA分子中（A+G）/（T+C）分别是多少？
3.若DNA的一条单链中，（A+T）/（G+C）=0.4，则在其互补链和整个DNA分子中A+T/G+C分别是多少？
2.5 1
0.4 0.4
【例3】
三、制作DNA双螺旋结构模型
1.材料用具：
　曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等常用物品。
2.模型制作：
　　从基本组成物质磷酸、脱氧核糖、含氮碱基的代表物开始，通过曲别针连接成 “基本单位——脱氧核苷酸”模型，然后把脱氧核苷酸模型按一定的碱基顺序依次穿在铁丝上构成一条DNA链，同样方法制作另一条，再按碱基互补配对方式，用牙签连好两条链，再将连接好的双链固定到扭扭棒上，最后旋转。
【例4】在“制作DNA双螺旋结构模型”的实验中，若有4种代表碱基的纸片，共20个，其中4个C，6个G，3个A，7个T，脱氧核糖和磷酸之间的连接物有14个，代表脱氧核糖的纸片有40个，代表磷酸的纸片有100个，代表氢键的连接物若干，脱氧核糖和碱基之间的连接物若干，则(　　)
A.能搭建出20个脱氧核苷酸
B.搭建的DNA分子片段中每个脱氧核糖都与2个磷酸相连
C.可能搭建出47种不同的DNA分子模型
D.实际上只能搭建出一个含4个碱基对的DNA分子片段
D
【解析】选D。脱氧核糖和磷酸之间的连接物有14个，根据此条件可知最多只能搭建出14对脱氧核苷酸。根据题干中提供的条件，只能搭建出一个具有4个碱基对的DNA分子片段，搭建的DNA分子片段中有6个脱氧核糖都与2个磷酸相连，还有2个脱氧核糖只与1个磷酸相连。由于提供的材料只能搭建3个A—T碱基对和4个G—C碱基对，因此可搭建出的DNA分子模型少于47种。
脱氧
核苷酸
发现者
沃森、克里克
主要特点
整体：反向平行双螺旋
外侧：磷酸、脱氧核糖交替排列构成骨架
内侧：碱基互补配对形成碱基对排在内侧
A
T
C
G
种
类
DNA的双螺旋结构
组
成
碱基
脱氧核糖
磷酸
成
分
一条：3＇ →5＇
一条：5＇ →3＇
A-T配对
G-C配对
1.（2022·广东选择考）下列关于遗传学史上重要探究活动的叙述，错误的是（ ）
A.孟德尔用统计学方法分析实验结果发现了遗传规律
B.摩尔根等基于性状与性别的关联证明基因在染色体上
C.赫尔希和蔡斯用对比实验证明DNA是遗传物质
D.沃森和克里克用DNA衍射图谱得出碱基配对方式
D
【解析】选D。孟德尔用统计学方法分析杂合子自交子代的性状表现及比例，发现了遗传规律， A 正确；摩尔根等基于果蝇眼色与性别相关联，证明了基因在染色体上， B 正确；赫尔希和蔡斯分别用 32P 和 35S 标记 T2 噬菌体 DNA 和蛋白质，通过对比两组实验结果， 证明了 DNA 是噬菌体的遗传物质， C 正确；沃森和克里克用 DNA 衍射图谱得出了 DNA 的螺旋结构，通过构建物理模型和化学分析的方法得出碱基配对方式， D 错误。
2.（2025·日照高一期中）研究人员采用化学方法人工合成了四种新的碱基：P(嘌呤)、Z(嘧啶)、B(嘌呤)、S(嘧啶)，其中P和Z配对，B和S配对。利用这些碱基与天然碱基成功构建了一种合成DNA，该合成DNA与天然双链DNA具有相似的结构。下列推断不合理的是（ ）
A.该合成DNA由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋而成
B.该合成DNA的单链上每个磷酸都连接着两个脱氧核糖
C.该合成DNA中的碱基A、G、B、P数目之和等于T、C、S、Z之和
D.新碱基的引入增加了碱基配对的方式从而提高了DNA分子的多样性
B
【解析】选B。DNA为双螺旋结构，由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋而成，A正确；DNA的单链上5'端为游离的磷酸，只连接一个脱氧核糖，B错误；P和Z配对，B和S配对，则该合成DNA分子中，碱基数量A+G+P+B=T+C+Z+S，C正确；四种新碱基加入后，脱氧核苷酸成为8种，增加了碱基配对的方式，提高了DNA分子的多样性，D正确。
3．（2025·聊城高一期中）分析一个DNA分子时，发现30％的脱氧核苷酸含有腺嘌呤，由此可知该分子中一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的（ ）
A．20％ B．30％ C．40％ D．70％
C
【解析】选C。根据题意分析，已知在一个DNA分子中，有30%的脱氧核苷酸含有腺嘌呤，即A=30%，根据碱基互补配对原则，T=A=30%，则C=G=50%-30%=20%；由于该DNA分子中鸟嘌呤所占的比例为20%，则该分子中一条链上鸟嘌呤占此链碱基总数的比例为0～40%，所以该分子中一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的40%，即C正确，A、B、D错误。
4.1个DNA分子中，(G+C)占全部碱基的46%，又知在该DNA分子的一条单链中，A和C分别占该链碱基总数的28%和22%，则在该DNA分子另一条链的所有碱基中，A和C分别占(　　)
A.28%、22% B.22%、28% C.23%、27% D.26%、24%
D
【解析】选D。在DNA分子中，(G+C)占全部碱基的46%，则在每一条单链中(G+C)占该链碱基总数的46%，又因为在一条单链中，A和C分别占该链碱基总数的28%和22%，故在这条单链中，G占24%、T占26%，则其互补链中C占24%、A占26%。
5.如图是DNA片段的结构图，请据图回答下列问题:
(1)图甲表示DNA片段的________结构。图乙表示DNA片段的______________结构。
(2)填出图中部分结构的名称：[2]________________,
[5]________________。
(3)从图中可以看出，DNA分子两条链的外侧是由________和________交替连接形成的。
(4)连接碱基对的化学键是 。
(5)从图甲中可以看出组成DNA分子的两条链的方向是________的；从图乙中可以看出组成DNA分子的两条链相互缠绕成规则的______结构。
平面
立体(或空间)
一条脱氧核苷酸单链
腺嘌呤脱氧核苷酸
脱氧核糖
磷酸
氢键
反向平行　
双螺旋
不因一时的挫折而停止尝试的人，永远不会失败。

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