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 | 由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
A+C=T+G，
；
任意两不互补的碱基之和恒等，占DNA中碱基数的50%。
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
【变式三】
以下关于DNA与RNA特点的比较，叙述正确的是（ ）
A.存在的细胞部位相同 B.核苷酸连接方式不同
C. 五碳糖成分不同 D.含有的碱基相同
【答案】C
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C与T分别占该链碱基总数的17.1％和32.9％，则它的互补链中，C和T分别占碱基总数的（ ）。
A．17.1％和32.9％ B．18.7％和31.3％
C．31.3％和18.7％ D．32.9％和17.1％
【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C与T各占17.1％与32.9％，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C=18.7％，T=31.3％。
【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链碱基中腺嘌呤占22％，胞嘧啶占28％。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.白眼基因含有多个脱氧核糖核苷酸
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它的核苷酸排列顺序首先由摩尔根发现 ③它决定着某一遗传性状或功能 ④它的核苷酸排列顺序不会发生变化
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分子在染色体上成圈状排列
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. 基因是控制生物遗传性状的DNA功能单位和结构单位
D. 基因是一段DNA
【答案】D