核苷酸结构（核苷酸的分子结构）

1953年4月25日发表在英国《自然》杂志上的一篇论文《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》，揭开了DNA的结构之迷。沃森、克里克和维尔金斯三人也因此共同获得了1962年的诺贝尔生理学或医学奖。那么，DNA分子的结构到底是怎样的呢？作为高考必考点，怎么出题？

1. 基本单位

DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸。每分子脱氧核苷酸由一分子含氮碱基、一分子磷酸和一分子脱氧核糖通过脱水缩合而成(右图)。由于构成DNA的含氮碱基有四种：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)，因而脱氧核苷酸也有四种，它们分别是腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸。

2. 分子结构

DNA分子的立体结构为规则的双螺旋结构，具体为：由两条DNA反向平行的DNA链盘旋成双螺旋结构。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;碱基排列在内侧。DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对(A与T通过两个氢键相连、C与G通过三个氢键相连)，碱基配对遵循碱基互补配对原则。应注意以下几点：

⑴DNA链：由一分子脱氧核苷酸的3号碳原子与另一分子脱氧核苷酸的5号碳原子端的磷酸基团之间通过脱水缩合形成磷酸二脂键，由磷酸二脂键将脱氧核苷酸连接成链。

⑵5\\\'端和3\\\'端：由于DNA链中的游离磷酸基团连接在5号碳原子上，称5\\\'端;另一端的的3号碳原子端称为3\\\'端。

⑶反向平行：指构成DNA分子的两条链中，总是一条链的5\\\'端与另一条链的3\\\'端相对，即一条链是3\\\'～5\\\'，另一条为5\\\'~～3\\\'。

⑷碱基配对原则：两条链之间的碱基配对时，A与T配对、C与G配对。双链DNA分子中，A=T，C=G(指数目)，A%=T%，C%=G%，可据此得出：

①A+G=T+C：即嘌呤碱基数与嘧啶碱基数相等;

②A+C(G)=T+G(C)：即任意两不互补碱基的数目相等;

③A%+C%=T%+G%= A%+ G%= T%+ C%=50%：即任意两不互补碱基含量之和相等，占碱基总数的50%;

④(A1+T1)/(C1+G1)=(A2+T2)/(C2+G2)=(A+T)/(C+G)=A/C= T/ G：即双链DNA及其任一条链的(A+T)/(C+G)为一定值;

⑤(A1+C1)/(T1+G1)=(T2+G2)/(A2+C2)=1/[(A2+C2)/(T2+G2)]：DNA分子两条链中的(A+C)/(T+G)互为倒数;双链DNA分子的(A+C)/(T+G)=1。

根据以上推论，结合已知条件可方便的计算DNA分子中某种碱基的数量和含量。

3. 结构特点

⑴稳定性：规则的双螺旋结构使其结构相对稳定，一般不易改变。

⑵多样性：虽然构成DNA的碱基只有四种，但由于构成每个DNA分子的碱基对数、碱基种类及排列顺序多样，可形成多种多样的DNA分子。

⑶特异性：对一个具体的DNA分子而言，其碱基对特定的排列顺序可使其携带特定的遗传信息，决定该DNA分子的特异性。

例题解析

1．DNA分子的基本骨架是(　　)

A．磷脂双分子层

B．规则的双螺旋结构

C．脱氧核糖和磷酸交替而成

D．碱基的连接

答案：C

2．下面关于DNA分子结构的叙述中，不正确的是(　　)

A．每个DNA分子中含有四种脱氧核苷酸

B．DNA分子的两条链反向平行

C．DNA两条链上的碱基以氢键相连，且A与T配对，G与C配对

D．每个脱氧核糖上均连接着一个磷酸和一个碱基

答案：D

3．若DNA分子中一条链的碱基A∶C∶T∶G＝1∶2∶3∶4，则另一条链上A∶C∶T∶G的值为(　　)

A．1∶2∶3∶4 B．3∶4∶1∶2

C．4∶3∶2∶1 D．1∶3∶2∶4

解析：按照碱基互补配对原则，若DNA分子中一条链的碱基A∶C∶T∶G＝1∶2∶3∶4，则另一条链中的A与该链中的T相等，另一条链中的C与该链中的G相等，另一条链中的T与该链中的A相等，另一条链中的G与该链中的C相等，因此另一条链上A∶C∶T∶G的值为3∶4∶1∶2。

答案：B

4．某双链DNA分子含有n个碱基对，其中腺嘌呤有m个。下列相关说法错误的是(　　)

A．该DNA分子中共含有3n－m个氢键

B．该DNA分子G有n－m个

C．该DNA分子中碱基数＝磷酸数＝脱氧核糖数

D．每个DNA分子中有1个游离的磷酸基团

解析：由题意可知，该DNA分子中含有m个A—T碱基对，有(n－m)个G—C碱基对，一个A—T碱基对中含有2个氢键，一个G—C碱基对中含有3个氢键，所以该DNA分子中共含有的氢键数＝2m＋3(n－m)＝3n－m(个)；该双链DNA分子中含有腺嘌呤m个，所以G的数目为n－m；脱氧核苷酸是DNA分子的基本组成单位，而一个脱氧核苷酸是由一分子含氮的碱基、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成的；每个双链DNA分子含有2个游离的磷酸基团，分别位于DNA分子的两端。

答案：D

5．某生物的碱基组成是嘌呤碱基占碱基总数的60%，嘧啶碱基占碱基总数的40%，它不可能是(　　)

A．棉花 B．绵羊

C．T2噬菌体 D．烟草花叶病毒

解析：棉花和绵羊体内有DNA和RNA，其嘌呤碱基数与嘧啶碱基数不一定相等；烟草花叶病毒只含单链RNA，嘌呤碱基数和嘧啶碱基数不一定相等；而T2噬菌体只含双链DNA，其嘌呤碱基数和嘧啶碱基数一定相等。

答案：C