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二  DNA分子的结构和复制

文本框: 左图是一张DNA的X射线衍射图。X衍射 技术是用X光透过物质的结晶体，使其 在照片底片上衍射出晶体图案的技术。这个方法可以用来推测晶体中的分子排列。沃森和克里克就是根据对DNA的X光衍射结果，以及对DNA分子不同碱基之间数量关系的分析，提出了DNA分子的双螺旋结构模型。
 


我们已经知道DNA是遗传物质，通过它能够使上一代的性状

在下一代表现出来。那么，DNA为什么能够起遗传作用呢？这与

它的结构和功能特点有着密切关系。 

 

    DNA分子的结构20世纪40年代～50年代，科学家已经知道DNA

分子是由四种脱氧核苷酸组成的一种高分子化合物。但是，对于只

由四种脱氧核苷酸组成的DNA分子为什么能够成为遗传物质，仍然

感到困惑不解。为此，许多科学家都投入到对DNA分子结构的研究

中。1953年，美国科学家沃森和英国科学家克里克，共同提出了

DNA分子的双螺旋结构模型(如图)。

 

 

 

 

 

 

 

 

     DNA分子的结构模式图中可以看出，DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸(如图)。由于组成脱氧核苷酸的碱基只有四种：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)，因此，脱氧核苷酸也有四种，即腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。DNA分子就是由很多个脱氧核苷酸聚合而成的长链，简称多核苷酸链。

 

    沃森和克里克认为，DNA分子的立体结构是规则的双螺旋结构。这种结构的主要特点是：(1)DNA分子是由两条链组成的，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结，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。(3)DNA分子两条链上的碱基通过氢键连结成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对；G(鸟嘌呤)一定与C(胞嘧啶)配对。碱基之间的这种一一对应关系，叫做碱基互补配对原则。在DNA分子的结构中，碱基之间的氢键具有固定的数目，即A与T之间以2个化学键相连(A＝T)，G与C之间以3个化学键相连(G≡C)。由于嘌呤分子(A、G)大于嘧啶的分子(C、T)，因此，要保持DNA两条长链之间的距离不变，必定是一个嘌呤与一个嘧啶配对。根据碱基分子所占空间的大小，只有A与T配对，G与C配对，碱基对的长度才能大致相同。根据DNA分子的上述特点，沃森和克里克制作出了DNA分子的双螺旋结构模型。 

 

                                 制作DNA双螺旋结构模型

 

    从制作的DNA双螺旋结构模型中可以看出，组成DNA分子的碱基虽然只有四种，但是，碱基对的排列顺序却是可以千变万化的。例如，在生物体内，一个最短的DNA分子也大约有4000个碱基对，这些碱基对可能的排列方式就有44000种。碱基对的排列顺序就代表了遗传信息。由此可见，DNA分子是能够储存大量的遗传信息的。碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基对的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性，这就从分子水平上说明了生物体具有多样性和特异性的原因。DNA分子的复制DNA分子的结构不仅使DNA分子能够储存大量的遗传信息，还使DNA分子能够传递遗传信息。遗传信息的传递是通过DNA分子的复制来完成的。DNA分子的复制是指以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程。这一过程是在细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂的间期，随着染色体的复制而完成的。

 

    DNA的复制是一个边解旋边复制的过程(如图)。复制开始时，DNA分子首先利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把两条螺旋的双链解开，这个过程叫做解旋。然后，以解开的每一段母链为模板，以周围环境中游离的四种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在有关酶的作用下，各自合成与母链互补的一段子链。随着解旋过程的进行，新合成的子链也不断地延伸，同时，每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构，从而各形成一个新的DNA分子。这样，复制结束后，一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。新复制出的两个子代DNA分子，通过细胞分裂分配到子细胞中去。由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式叫做半保留复制。由DNA的复制过程可以看出，DNA分子复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。DNA分子通过复制，使遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。 

      

一、填充题

1．在DNA分子中，由于组成脱氧核苷酸的碱基有四种(A、G、C、T)，因此，构成DNA分子的脱氧核苷酸也有四种，它们的名称是：______，______，______和______。

2．从DNA分子的复制过程可以看出，DNA分子复制需要______、______、______和______等条件。DNA分子的______结构能够为复制DNA提供精确的模板，通过______保证了复制能够准确地进行。

二、判断题

1．在DNA分子中，碱基的比率总是(A+G)/(T+C)=1(    )

2．在细胞有丝分裂的中期，每条染色体是由两条染色单体组成的，所以DNA的复制也是在这个时期完成的。(    )

三、选择题

1．DNA分子具有多样性的原因是：                                              [    ]

A．DNA是由四种脱氧核苷酸组成的；   B．DNA的分子量很大；

C．DNA具有规则的双螺旋结构；       D．DNA的碱基对有很多种不同的排列顺序。

2．一条染色单体含有一个双链的DNA分子，那么，四分体时期中的一条染色体含有：  [    ]

A．四个双链的DNA分子；             B．两个双链的DNA分子；

C．两个单链的DNA分子；             D．一个双链的DNA分子。

四、识图填充题

下面是DNA的分子结构模式图，在图的下面用文字写出图中1～9的名称。参考答案