淺談DNA結構的教學

谷娟

【摘要】 掌握DNA的結構及其特點是學習DNA復制的基礎，也是學習后面基因控制蛋白質合成的基礎。本節的重點是DNA分子結構的主要特點，其主要包括三部分內容（1）DNA分子是由兩條脫氧核苷酸鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構。（2）DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側，構成基本骨架；堿基對排列在內側。（3）兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，并且一定是A與T配對，C與G配對。

【關鍵詞】 DNA分子的結構 雙螺旋結構 堿基互補配對

【中圖分類號】 G633.91 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2014）07-106-01

1.導入

掌握DNA的結構及其特點是學習DNA復制的基礎，也是學習后面基因控制蛋白質合成的基礎。因此要提醒同學們本節內容的重要性。首先是導入新課：我們前一節剛學過DNA是主要的遺傳物質，并且作為遺傳物質必須要能攜帶遺傳信息，那么作為主要遺傳物質的DNA到底有著怎樣的結構呢？它又如何攜帶遺傳信息呢？下面就讓我們一起來學習DNA的結構。（設置懸念，激發興趣）本節課的重點是DNA分子結構的主要特點。（告知重點，有利于學生抓住重點）首先請同學們閱讀課本P59頁“回眸歷史”的內容：注意DNA分子的結構是怎樣的，這一觀點是由誰提出的。由這部分文字說明可知關于DNA的結構的發現，經過了多位科學家歷時十多年的研究才提出，必須要堅持不懈。

2. DNA的結構

在必修一的內容中我們曾學習過DNA的相關知識。讓我們一起來回顧一下：DNA的基本單位是脫氧核苷酸，每一分子脫氧核苷酸都是由一分子的含氮堿基、一分子的脫氧核糖、一分子的磷酸組成。這三分子又是怎樣連接的呢？（找人上去板演，下面的學生自己在下面寫。寫好之后與黑板上的進行對照，找人對板演的內容進行評價。）組成DNA的堿基有幾種呢？（4種）哪4種呢？（A，T，C，G）

脫氧核苷酸如何組成DNA呢？請同學們看課本P60頁的圖4-6，辨認圖中P、S、A、T、C、G分別代表什么，一個P加上一個S再加一個T（或者是A、C、G）就是代表一個脫氧核苷酸。一個個脫氧核苷酸連接而成就是一條脫氧核苷酸鏈，我們可以看到一個DNA包括兩條脫氧核苷酸鏈，這兩條鏈之間是反向平行的關系。這是DNA結構的第一個特點。再看圖上藍底的部位是磷酸和脫氧核糖交替連接而成的并且排列在外側，這構成了DNA的基本骨架。這是DNA的第二個特點。內側的是堿基對。堿基A一定與T配對，C一定與G配對。這稱為堿基互補配對原則。這便是DNA結構的第三個特點。我們再看DNA的堿基對之間是有鍵連接的，這些鍵稱為氫鍵，A與T之間有兩個氫鍵，而C與G之間有三個氫鍵。三個氫鍵的要比兩個氫鍵穩定，因此對于DNA而言含有的C與G越多那么該DNA便越穩定。如果我們知道雙鏈DNA的一條鏈上的堿基的排列順序，根據堿基互補配對原則我們就可以知道另一條鏈上堿基的排列順序。

遺傳信息到底儲存在DNA的什么地方呢？我們再來看一下課本P60頁的圖4-6DNA的外側是由磷酸和脫氧核糖交替連接而成，這一結構是穩定不變的，遺傳信息不可能儲存在這兒，因為我們知道不同的DNA所包含的遺傳信息是不一樣的。現在我們知道了DNA的結構是雙螺旋結構，遺傳信息儲存在堿基對的排列順序中。

3. DNA的特性

（1）穩定性

DNA分子雙螺旋結構的外側是由磷酸和脫氧核糖交替連接而成，穩定不變。另一方面，DNA分子雙螺旋結構的內側是通過氫鍵連接的堿基對，使兩條脫氧核苷酸鏈穩固的并聯起來，進一步加固了DNA分子的穩定性。

（2）多樣性

構成DNA的堿基雖然只有4種，但堿基對的數目以及排列順序是可變的。因而構成了DNA分子的多樣性。每一個堿基對就有4種排列方式（A-T，T-A，C-G，G-C），若一DNA分子有10000個堿基對，那么這些堿基對可能的排列方式就有410000種。

（3）特異性

不同的DNA分子由于堿基對的排列順序是不一樣的，而每一個DNA分子的堿基對都有特定的排列順序，這種特定的排列順序包含著特定的遺傳信息，從而使DNA分子具有特異性。

3. 堿基互補配對原則的應用

（1）雙鏈DNA分子中，配對的兩個堿基數總相等，所占的比例也相等。

在雙鏈DNA分子中，與A配對的是T，與C配對的是G.因此有多少個A就需要有多少個T與之配對，有多少個C就需要有多少個G與之配對，所以A=T，C=G。如果某雙鏈DNA分子中，A所占的比例為M，由于A的數量等于T的數量，因此T所占的比例也應該是M.

（2）雙鏈DNA分子中，兩個不配對的堿基之和等于總堿基數的一半。

在雙鏈DNA分子中，由于A與T配對，C與G配對，因此A=T，C=G。這樣A+C=T+G=A+G=T+C。假設一雙鏈DNA中所有堿基之和為一的話，即A+T+C+G=1，即可推出A+C=T+G=A+G=T+C=1/2.

（3）在雙鏈DNA分子中，一條單鏈的（A+T）與（G+C）的比值，與另一條互補鏈中的（A+T）與（C+G）的比值是相等的，也與整個DNA分子中的（A+T）與（C+G）的比值是相等的。假設DNA的兩條鏈分別為1號鏈和2號鏈，1號鏈中的四種堿基分別標為A1、T1、C1、G1，2號鏈中的四種堿基分別標為A2、T2、C2、G2。整個DNA分子中的各個堿基總數標為A總、T總、C總、G總。在DNA雙鏈中，由于A與T配對，C與G配對，因此A1=T2，T1=A2，C1=G2，G1=C2。A總=A1+A2，T總=T1+T2，C總=C1+C2，G總=G1+G2。那么可知A1+T1=T2+A2，C1+G1=G2+C2。因此（A1+T1）與（C1+G1）的比值與（T2+A2）與（G2+C2）的比值是相等的。A總+T總=A1+A2+T1+T2=2（A1+T1）=2（A2+T2），C總+G總=C1+C2+G1+G2=2（C1+G1）=2（C2+G2）。由此可推（A總+T總）與（C總+G總）的比值就等于（A1+T1）與（C1+G1）的比值也等于（T2+A2）與（G2+C2）的比值。

（4）在雙鏈DNA分子中，某堿基在總堿基數中所占的比例為該堿基在每條鏈中所占比例的平均值

假設一雙鏈DNA分子共有10000對堿基，即每條鏈上各有10000個堿基，在1號鏈中A所占的比例為10%，即1號鏈中有1000個A堿基，在2號鏈中A所占的比例為20%，即2號鏈中有2000個A堿基。這樣在整個DNA分子中就有3000個A堿基，而該DNA共有20000個A堿基，因此整個DNA中A堿基所占的比例應該為3000÷20000=15%。同理可知T、C、G堿基也存在這樣的關系。