DNA、RNA的结构和基因

【学习目标】

1、概述DNA分子结构的主要特点。

2、制作DNA分子的双螺旋结构模型。

3、讨论DNA分子的双螺旋结构模型的构建过程。

4、说明基因的概念和遗传信息的含义。

5、说明基因和遗传信息的关系。

【要点梳理】　

要点一、DNA分子结构

1. 结构层次

（1）基本元素组成：C、H、O、N、P等

（2）基本组成物质：脱氧核糖、含氮碱基（A、G、C、T）、磷酸

（3）DNA分子的基本组成单位——四种脱氧核苷酸

（4）化学结构（1级结构）：脱氧核糖核苷酸链

（5）空间结构（2～4级结构）：

①模式图

②主要特点

主链（基本骨架） 碱基对

构成方式 脱氧核糖和磷酸交替连接

两条主链呈反向平行盘绕成规则的双螺旋 对应碱基以氢键连接成对

碱基互补配对（A—T、G—C）

碱基对平面之间平行

位置 双螺旋外侧 双螺旋内侧

2. 结构特点

（1）稳定性：DNA分子双螺旋结构具有相对稳定性。

决定因素：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排列的顺序稳定不变。

③DNA分子双螺旋结构中间为碱基对，对应碱基之间形成氢键，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。

⑤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）特异性：每种生物的DNA分子都有特定的碱基数目和排列顺序。

（3）多样性：DNA分子碱基对的数量不同，碱基对的排列顺序千变万化，构成了DNA分子的多样性。

3．碱基互补配对原则及其应用

（1）碱基互补配对原则：A—T、G—C，即

由此可推知DNA分子碱基比的共性与特性

①共性

； ； 。

要点诠释：上述比值不因生物种类的不同而不同，即不具有物种特异性。

②特异性

的比值是不定的，这恰是DNA分子多样性和特异性的体现。

（2）碱基计算的一般规律

碱基互补配对原则，进行双链DNA中有关含N的碱基数目、比例的计算；根据DNA中碱基种类及配对方式，理解DNA分子的特性。

在双链DNA中（注意：单链DNA或DNA单链中不符合）最基本的公式：A=T G=C。 有下列规律：

规律一：DNA双链中两互补链的碱基数相等，任意两不互补的碱基之和恒等，占DNA中碱基数的50%。即：A+G=T+C=A+C=T+G=50% ， （A+G）/（T+C）=（A+C）/（G+T）=1

规律二：DNA双链中的一条单链上（A+G）/（T+C）的值与另一条互补链上（A+G）/（T+C）

的值互为倒数关系，在DNA双链中此比值为1。（A+C）/（T+G）的值亦如此。

规律三：DNA双链中，一条单链上（A+T）/（G+C）的值与另一条互补链上（A+T）/（G+C）

的值相等，与DNA双链中（A+T）/（G+C）的值相等。

规律四：一条链中任意两互补碱基之和占该单链的比例等于DNA双链中该两种碱基之和占碱基总数的比例。 （G1+C1）/(G1+C1+A1+T1)=（G2+C2）/(G2+C2+A2+T2)=（G+C）/(G+C+A+T)

要点二、制作DNA双螺旋结构模型

1.制作原理

DNA的脱氧核苷酸双链反向平行，磷酸与脱氧核糖交替连接，排列在外侧。碱基排列在内侧。碱基对通过氢键连接，碱基互补配对。

2.设计模型

绘出DNA分子模型的设计图；确定制作的DNA分子双螺旋结构模型的大小（如高度与直径的比例）、维系立体结构型的方式；代表磷酸、脱氧核糖、碱基的材料等。

3.制作模型

（1）使用各种材料分别“制”若干个磷酸、脱氧核糖、碱基；将各种配件整合在一起，并连接成脱氧核苷酸链；连接两条脱氧核苷酸链，拼成DNA分子平面结构图；再“旋转”成双螺旋结构。

（2）根据设计计划，对制作的DNA 分子结构模型进行检查，对模型的不足加以修正。

4.展示交流

介绍各组制作的模型，认真观赏其他小组的制作成果，开展交流活动。

5.需要注意的问题

（1）熟悉制作模型用的各种零件代表的物质，写出四种碱基的字母名称。

（2）两条链的长度、碱基总数一致，碱基互补、方向相反。

（3）磷酸、脱氧核糖、碱基三者之间的连接部位要正确。

（4）制作中各零件连接应牢固，避免在旋转中脱落。

（5）各组模型制作以不同数量和顺序的A-T、C-G、T-A、G-C四中碱基对排列，领悟DNA分子的多样性。

要点三、RNA分子的结构

1.五碳糖——核糖，含氮碱基——A、U、C、G

基本结构单位——核糖核苷酸

2.空间结构——通常为单链

3.种类：mRNA、 rRNA、 tRNA（三叶草型）

要点四、基因

1．基因的本质

（1）与性状的关系：是控制性状的遗传物质的结构、功能单位，特定基因控制相应的性状。

（2）与DNA的关系：具有遗传效应的DNA片段，一个DNA含有多个基因。

（3）基因的位置：染色体（核基因），线粒体、叶绿体内（质基因）。

（4）与染色体的关系：染色体为主要载体，且在染色体上呈线性排列。

（5）与脱氧核苷酸的关系：每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。

（6）脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息，脱氧核苷酸排列顺序的特异性和多样性决定基因的特异性和多样性。

2．基因的脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性

（1）虽然构成DNA分子的碱基只有4种，但由于DNA分子的碱基对数目众多，不同的DNA分子之间的脱氧核苷酸的排列顺序不同，所以对某一特定的DNA分子而言，其脱氧核苷酸的排列顺序是特有的、具有特异性的。

（2）每个人都有与其他人不同的典型的性状特征，这些特征受遗传物质DNA的控制。不同人同一性状的不同表现型取决于DNA分子的多样性，而某人特定的性状取决于DNA分子的特异性，故可用DNA分子鉴定个人身份。

3．理解基因与脱氧核苷酸、DNA、染色体和生物性状之间的关系

关系 内容

基因与脱氧核苷酸 基因的基本组成单位是脱氧核苷酸，每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息

基因与DNA 基因是有遗传效应的DNA片段，每个DNA分子上有很多个基因

基因与染色体 基因在染色体上呈线性排列，染色体是基因的主要载体

基因与生物性状 基因是控制性状的遗传物质的结构、功能单位，特定基因控制相应的性状

图示

【典型例题】　

类型一：DNA分子结构

例1、如图DNA分子结构示意图，对该图的正

确描述是（ ）

A．⑨的形成需要解旋酶

B．④的名称是鸟嘌呤脱氧核苷酸

C．⑤的名称是腺嘌呤核糖核苷酸

D．①和②交替连接构成DNA链的基本骨架

【答案】D

【解析】9是连接双链DNA的氢键,解旋酶能够解开DNA双链间的氢键，不能形成氢键；4是胞嘧啶脱氧核糖核苷酸；5是腺嘌呤，为碱基；由磷酸和脱氧核糖交替链接，形成了DNA的基本骨架。

【点评】本题只要考察的是DNA分子结构的相关知识。

【举一反三】：

【变式一】

以下有关DNA分子结构的叙述中，正确的是（ ）

A．只要DNA分子中A=T、G=C，就一定是双链DNA分子

B．不同DNA分子的脱氧核糖和磷酸的排列顺序不同

C．DNA分子结构的多样性与DNA分子中的碱基对的排列顺序有关

D．DNA分子每条链有两个游离的磷酸

【答案】C

【解析】双链DNA中存在的等量关系是A=T、G=C，但是DNA分子中A=T、G=C，不一定是双链DNA分子。DNA分子中碱基对排列顺序的千变万化构成了DNA分子的多样性。双链DNA分子中基本骨架是由磷酸和脱氧核糖交替连接构成的。双链DNA分子是由两条脱氧核苷酸链组成，每条链有一个游离的磷酸，两条脱氧核苷酸链有两个游离的磷酸。

【变式二】

在DNA分子的一条单链中，相邻的碱基A与T是通过什么结构连接起来的？（ ）

A．—氢键— B．—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—

C．—磷酸—脱氧核糖—磷酸— D．肽键

【答案】B

【变式三】

以下关于DNA与RNA特点的比较，叙述正确的是（ ）

　　A. 在细胞内存在的主要部位相同 　　　B.构成的五碳糖不同

　　C. 核苷酸之间的连接方式不同 　　　　D.构成的碱基相同

【答案】B

类型二：DNA中碱基的计算

例2、某DNA分子中，（G+C）之和占全部碱基的35.8％，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9％和17.1％，则它的互补链中，T和C分别占碱基总数的（ ）。

A．32.9％和17.1％ B．31.3％和18.7％

C．18.7％和31.3％ D．17.2％和32.9％

【答案】B

【解析】DNA分子中（G+C）占全部碱基的比例与在单链中的该比例均相等。所以一条链中G+C=35.8％，因T与C各占32.9％与17.1％，则可推知该链中的A为1－(G+C+T)=1－(35.8％+32.9％)=31.3％，G=35.8％－17.1％=18.7％。互补链中T=31.3％，C=18.7％。

【点评】在双链DNA分子中，由于碱基的互补配时，A=T、G=C，运用这一基本原理进行计算。

【举一反三】：

【变式】

某双链DNA分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的54％，其中a链碱基中22％是腺嘌呤，28％是胞嘧啶。则b链中腺嘌呤占该链碱基的比例和胞嘧啶占整个DNA分子碱基的比例分别为（ ）。

A．24％、13％ B．23％、27％ C．48％、26％ D．22％、28％

【答案】A

类型三：基因的本质

例3、（2015哈九中期中考）若下图是果蝇某条染色体上的一段DNA分子示意图,下列说法正确的是( )

A.白眼基因含有多个核糖核苷酸

B.白眼基因是有遗传效应的DNA片段

C.白眼基因位于细胞质内

D.白眼基因基本组成单位是4种碱基

【答案】B

【解析】每个DNA分子上含有很多个基因，每个基因中含有许多个脱氧核苷酸；白眼基因位于染色体上，是细胞核基因；基因是有遗传效应的DNA片段，其基本组成单位为脱氧核苷酸，脱氧核苷酸共有4种。

【点评】根据基因概念的内涵、外延进行答题。

【举一反三】：

【变式一】

对一个基因的正确描述是（ ）

①基因是DNA分子上特定的片段 ②它的分子结构首先由摩尔根发现 ③它决定着某一遗传性状或功能 ④它的化学结构不会发生变化

A．①② B．①③ C．③④ D．①④

【答案】B

【变式二】

下列关于DNA、基因、染色体的叙述错误的是（ ）

　　A. 基因是有遗传效应的DNA片段

　　B. DNA是遗传信息的主要载体

　　C. DNA分子在染色体上成念珠状排列

　　D. DNA的相对稳定性决定染色体的相对稳定性

【答案】C

【变式三】

下列关于基因的说法，错误的是（ ）

　A. 基因是有遗传效应的DNA片段

　B. 基因的脱氧核苷酸排列顺序就代表遗传信息

　C. 基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位

　D. 基因是染色体上的一段

【答案】D