淺談DNA結(jié)構(gòu)的教學(xué)

谷娟

【摘要】 掌握DNA的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)是學(xué)習(xí)DNA復(fù)制的基礎(chǔ)，也是學(xué)習(xí)后面基因控制蛋白質(zhì)合成的基礎(chǔ)。本節(jié)的重點(diǎn)是DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)，其主要包括三部分內(nèi)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(pán)旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。（2）DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基對(duì)排列在內(nèi)側(cè)。（3）兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)，并且一定是A與T配對(duì)，C與G配對(duì)。

【關(guān)鍵詞】 DNA分子的結(jié)構(gòu) 雙螺旋結(jié)構(gòu) 堿基互補(bǔ)配對(duì)

【中圖分類(lèi)號(hào)】 G633.91 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 1992-7711（2014）07-106-01

1.導(dǎo)入

掌握DNA的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)是學(xué)習(xí)DNA復(fù)制的基礎(chǔ)，也是學(xué)習(xí)后面基因控制蛋白質(zhì)合成的基礎(chǔ)。因此要提醒同學(xué)們本節(jié)內(nèi)容的重要性。首先是導(dǎo)入新課：我們前一節(jié)剛學(xué)過(guò)DNA是主要的遺傳物質(zhì)，并且作為遺傳物質(zhì)必須要能攜帶遺傳信息，那么作為主要遺傳物質(zhì)的DNA到底有著怎樣的結(jié)構(gòu)呢？它又如何攜帶遺傳信息呢？下面就讓我們一起來(lái)學(xué)習(xí)DNA的結(jié)構(gòu)。（設(shè)置懸念，激發(fā)興趣）本節(jié)課的重點(diǎn)是DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。（告知重點(diǎn)，有利于學(xué)生抓住重點(diǎn)）首先請(qǐng)同學(xué)們閱讀課本P59頁(yè)“回眸歷史”的內(nèi)容：注意DNA分子的結(jié)構(gòu)是怎樣的，這一觀點(diǎn)是由誰(shuí)提出的。由這部分文字說(shuō)明可知關(guān)于DNA的結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)了多位科學(xué)家歷時(shí)十多年的研究才提出，必須要堅(jiān)持不懈。

2. DNA的結(jié)構(gòu)

在必修一的內(nèi)容中我們?cè)鴮W(xué)習(xí)過(guò)DNA的相關(guān)知識(shí)。讓我們一起來(lái)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(xué)生自己在下面寫(xiě)。寫(xiě)好之后與黑板上的進(jìn)行對(duì)照，找人對(duì)板演的內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)。）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(qǐng)同學(xué)們看課本P60頁(yè)的圖4-6，辨認(rèn)圖中P、S、A、T、C、G分別代表什么，一個(gè)P加上一個(gè)S再加一個(gè)T（或者是A、C、G）就是代表一個(gè)脫氧核苷酸。一個(gè)個(gè)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(gè)DNA包括兩條脫氧核苷酸鏈，這兩條鏈之間是反向平行的關(guān)系。這是DNA結(jié)構(gòu)的第一個(gè)特點(diǎn)。再看圖上藍(lán)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(cè)，這構(gòu)成了DNA的基本骨架。這是DNA的第二個(gè)特點(diǎn)。內(nèi)側(cè)的是堿基對(duì)。堿基A一定與T配對(duì)，C一定與G配對(duì)。這稱為堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。這便是DNA結(jié)構(gòu)的第三個(gè)特點(diǎn)。我們?cè)倏碊NA的堿基對(duì)之間是有鍵連接的，這些鍵稱為氫鍵，A與T之間有兩個(gè)氫鍵，而C與G之間有三個(gè)氫鍵。三個(gè)氫鍵的要比兩個(gè)氫鍵穩(wěn)定，因此對(duì)于DNA而言含有的C與G越多那么該DNA便越穩(wěn)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(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)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(chǔ)存在DNA的什么地方呢？我們?cè)賮?lái)看一下課本P60頁(yè)的圖4-6DNA的外側(cè)是由磷酸和脫氧核糖交替連接而成，這一結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定不變的，遺傳信息不可能儲(chǔ)存在這兒，因?yàn)槲覀冎啦煌腄NA所包含的遺傳信息是不一樣的?，F(xiàn)在我們知道了DNA的結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)，遺傳信息儲(chǔ)存在堿基對(duì)的排列順序中。

3. DNA的特性

（1）穩(wěn)定性

DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)是由磷酸和脫氧核糖交替連接而成，穩(wěn)定不變。另一方面，DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)是通過(guò)氫鍵連接的堿基對(duì)，使兩條脫氧核苷酸鏈穩(wěn)固的并聯(lián)起來(lái)，進(jìn)一步加固了DNA分子的穩(wěn)定性。

（2）多樣性

構(gòu)成DNA的堿基雖然只有4種，但堿基對(duì)的數(shù)目以及排列順序是可變的。因而構(gòu)成了DNA分子的多樣性。每一個(gè)堿基對(duì)就有4種排列方式（A-T，T-A，C-G，G-C），若一DNA分子有10000個(gè)堿基對(duì)，那么這些堿基對(duì)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(duì)的排列順序是不一樣的，而每一個(gè)DNA分子的堿基對(duì)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(bǔ)配對(duì)原則的應(yīng)用

（1）雙鏈DNA分子中，配對(duì)的兩個(gè)堿基數(shù)總相等，所占的比例也相等。

在雙鏈DNA分子中，與A配對(duì)的是T，與C配對(duì)的是G.因此有多少個(gè)A就需要有多少個(gè)T與之配對(duì)，有多少個(gè)C就需要有多少個(gè)G與之配對(duì)，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(shù)量等于T的數(shù)量，因此T所占的比例也應(yīng)該是M.

（2）雙鏈DNA分子中，兩個(gè)不配對(duì)的堿基之和等于總堿基數(shù)的一半。

在雙鏈DNA分子中，由于A與T配對(duì)，C與G配對(duì)，因此A=T，C=G。這樣A+C=T+G=A+G=T+C。假設(shè)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(bǔ)鏈中的（A+T）與（C+G）的比值是相等的，也與整個(gè)DNA分子中的（A+T）與（C+G）的比值是相等的。假設(shè)DNA的兩條鏈分別為1號(hào)鏈和2號(hào)鏈，1號(hào)鏈中的四種堿基分別標(biāo)為A1、T1、C1、G1，2號(hào)鏈中的四種堿基分別標(biāo)為A2、T2、C2、G2。整個(gè)DNA分子中的各個(gè)堿基總數(shù)標(biāo)為A總、T總、C總、G總。在DNA雙鏈中，由于A與T配對(duì)，C與G配對(duì)，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(shù)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(shè)一雙鏈DNA分子共有10000對(duì)堿基，即每條鏈上各有10000個(gè)堿基，在1號(hào)鏈中A所占的比例為10%，即1號(hào)鏈中有1000個(gè)A堿基，在2號(hào)鏈中A所占的比例為20%，即2號(hào)鏈中有2000個(gè)A堿基。這樣在整個(gè)DNA分子中就有3000個(gè)A堿基，而該DNA共有20000個(gè)A堿基，因此整個(gè)DNA中A堿基所占的比例應(yīng)該為3000÷20000=15%。同理可知T、C、G堿基也存在這樣的關(guān)系。