浅谈DNA结构的教学

谷娟

【摘要】 掌握DNA的结构及其特点是学习DNA复制的基础，也是学习后面基因控制蛋白质合成的基础。本节的重点是DNA分子结构的主要特点，其主要包括三部分内容（1）DNA分子是由两条脱氧核苷酸链组成的，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；碱基对排列在内侧。（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且一定是A与T配对，C与G配对。

【关键词】 DNA分子的结构 双螺旋结构 碱基互补配对

【中图分类号】 G633.91 【文献标识码】 A 【文章编号】 1992-7711（2014）07-106-01

1.导入

掌握DNA的结构及其特点是学习DNA复制的基础，也是学习后面基因控制蛋白质合成的基础。因此要提醒同学们本节内容的重要性。首先是导入新课：我们前一节刚学过DNA是主要的遗传物质，并且作为遗传物质必须要能携带遗传信息，那么作为主要遗传物质的DNA到底有着怎样的结构呢？它又如何携带遗传信息呢？下面就让我们一起来学习DNA的结构。（设置悬念，激发兴趣）本节课的重点是DNA分子结构的主要特点。（告知重点，有利于学生抓住重点）首先请同学们阅读课本P59页“回眸历史”的内容：注意DNA分子的结构是怎样的，这一观点是由谁提出的。由这部分文字说明可知关于DNA的结构的发现，经过了多位科学家历时十多年的研究才提出，必须要坚持不懈。

2. DNA的结构

在必修一的内容中我们曾学习过DNA的相关知识。让我们一起来回顾一下：DNA的基本单位是脱氧核苷酸，每一分子脱氧核苷酸都是由一分子的含氮碱基、一分子的脱氧核糖、一分子的磷酸组成。这三分子又是怎样连接的呢？（找人上去板演，下面的学生自己在下面写。写好之后与黑板上的进行对照，找人对板演的内容进行评价。）组成DNA的碱基有几种呢？（4种）哪4种呢？（A，T，C，G）

脱氧核苷酸如何组成DNA呢？请同学们看课本P60页的图4-6，辨认图中P、S、A、T、C、G分别代表什么，一个P加上一个S再加一个T（或者是A、C、G）就是代表一个脱氧核苷酸。一个个脱氧核苷酸连接而成就是一条脱氧核苷酸链，我们可以看到一个DNA包括两条脱氧核苷酸链，这两条链之间是反向平行的关系。这是DNA结构的第一个特点。再看图上蓝底的部位是磷酸和脱氧核糖交替连接而成的并且排列在外侧，这构成了DNA的基本骨架。这是DNA的第二个特点。内侧的是碱基对。碱基A一定与T配对，C一定与G配对。这称为碱基互补配对原则。这便是DNA结构的第三个特点。我们再看DNA的碱基对之间是有键连接的，这些键称为氢键，A与T之间有两个氢键，而C与G之间有三个氢键。三个氢键的要比两个氢键稳定，因此对于DNA而言含有的C与G越多那么该DNA便越稳定。如果我们知道双链DNA的一条链上的碱基的排列顺序，根据碱基互补配对原则我们就可以知道另一条链上碱基的排列顺序。

遗传信息到底储存在DNA的什么地方呢？我们再来看一下课本P60页的图4-6DNA的外侧是由磷酸和脱氧核糖交替连接而成，这一结构是稳定不变的，遗传信息不可能储存在这儿，因为我们知道不同的DNA所包含的遗传信息是不一样的。现在我们知道了DNA的结构是双螺旋结构，遗传信息储存在碱基对的排列顺序中。

3. DNA的特性

（1）稳定性

DNA分子双螺旋结构的外侧是由磷酸和脱氧核糖交替连接而成，稳定不变。另一方面，DNA分子双螺旋结构的内侧是通过氢键连接的碱基对，使两条脱氧核苷酸链稳固的并联起来，进一步加固了DNA分子的稳定性。

（2）多样性

构成DNA的碱基虽然只有4种，但碱基对的数目以及排列顺序是可变的。因而构成了DNA分子的多样性。每一个碱基对就有4种排列方式（A-T，T-A，C-G，G-C），若一DNA分子有10000个碱基对，那么这些碱基对可能的排列方式就有410000种。

（3）特異性

不同的DNA分子由于碱基对的排列顺序是不一样的，而每一个DNA分子的碱基对都有特定的排列顺序，这种特定的排列顺序包含着特定的遗传信息，从而使DNA分子具有特异性。

3. 碱基互补配对原则的应用

（1）双链DNA分子中，配对的两个碱基数总相等，所占的比例也相等。

在双链DNA分子中，与A配对的是T，与C配对的是G.因此有多少个A就需要有多少个T与之配对，有多少个C就需要有多少个G与之配对，所以A=T，C=G。如果某双链DNA分子中，A所占的比例为M，由于A的数量等于T的数量，因此T所占的比例也应该是M.

（2）双链DNA分子中，两个不配对的碱基之和等于总碱基数的一半。

在双链DNA分子中，由于A与T配对，C与G配对，因此A=T，C=G。这样A+C=T+G=A+G=T+C。假设一双链DNA中所有碱基之和为一的话，即A+T+C+G=1，即可推出A+C=T+G=A+G=T+C=1/2.

（3）在双链DNA分子中，一条单链的（A+T）与（G+C）的比值，与另一条互补链中的（A+T）与（C+G）的比值是相等的，也与整个DNA分子中的（A+T）与（C+G）的比值是相等的。假设DNA的两条链分别为1号链和2号链，1号链中的四种碱基分别标为A1、T1、C1、G1，2号链中的四种碱基分别标为A2、T2、C2、G2。整个DNA分子中的各个碱基总数标为A总、T总、C总、G总。在DNA双链中，由于A与T配对，C与G配对，因此A1=T2，T1=A2，C1=G2，G1=C2。A总=A1+A2，T总=T1+T2，C总=C1+C2，G总=G1+G2。那么可知A1+T1=T2+A2，C1+G1=G2+C2。因此（A1+T1）与（C1+G1）的比值与（T2+A2）与（G2+C2）的比值是相等的。A总+T总=A1+A2+T1+T2=2（A1+T1）=2（A2+T2），C总+G总=C1+C2+G1+G2=2（C1+G1）=2（C2+G2）。由此可推（A总+T总）与（C总+G总）的比值就等于（A1+T1）与（C1+G1）的比值也等于（T2+A2）与（G2+C2）的比值。

（4）在双链DNA分子中，某碱基在总碱基数中所占的比例为该碱基在每条链中所占比例的平均值

假设一双链DNA分子共有10000对碱基，即每条链上各有10000个碱基，在1号链中A所占的比例为10%，即1号链中有1000个A碱基，在2号链中A所占的比例为20%，即2号链中有2000个A碱基。这样在整个DNA分子中就有3000个A碱基，而该DNA共有20000个A碱基，因此整个DNA中A碱基所占的比例应该为3000÷20000=15%。同理可知T、C、G碱基也存在这样的关系。