第2节 DNA的结构

物理模型以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，研究 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 分子结构时，运用的是构建物理模型的方法， $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 双螺旋结构模型属于物理模型， $ \mathrm{A} $ 错误；沃森和克里克根据 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 衍射图谱的有关数据，推算出 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 呈螺旋结构，这是他们构建 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 双螺旋结构模型过程中的重要一步， $ \mathrm{B} $ 正确；查哥夫通过大量的实验数据发现了 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 中碱基含量的规律，即 $ \mathrm{A}=\mathrm{T} $ ， $ \mathrm{G}=\mathrm{C} $ ， $ \mathrm{C} $ 错误； $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 双螺旋模型中， $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 分子的直径是恒定的，因为不同的碱基对具有相同的形状和直径， $ \mathrm{D} $ 错误。

“ $ \mathrm{D} $ ”表示脱氧核糖，在 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 分子中，大多数脱氧核糖与两个“ $ \mathrm{P} $ ”相连，但位于每条单链 $ 3\prime $ 端的脱氧核糖只与一个“ $ \mathrm{P} $ ”相连， $ \mathrm{A} $ 错误；若充分利用所给材料，“ $ \mathrm{P} $ ”有50个，“ $ \mathrm{D} $ ”有40个，所以最多能搭建含20个碱基对的 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 片段，又由于“ $ \mathrm{G} $ ”有10个，故碱基排列顺序远小于 $ {4}^{20} $ 种， $ \mathrm{B} $ 错误；同一条链上相邻的“ $ \mathrm{T} $ ”与“ $ \mathrm{A} $ ”之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连，需要4个曲别针连接， $ \mathrm{C} $ 正确；若充分利用所给材料，则搭建的 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 片段中“ $ \mathrm{G}—\mathrm{C} $ ”碱基对有10个，“ $ \mathrm{A}—\mathrm{T} $ ”碱基对有10个，所以该 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 片段中四种碱基的比例相同， $ \mathrm{D} $ 错误。

$ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 两条单链通过碱基互补配对形成双螺旋结构，两条单链的碱基数相等且反向平行， $ \mathrm{A} $ 正确； $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 的基本骨架由脱氧核糖和磷酸交替连接构成，碱基不参与基本骨架的构成， $ \mathrm{B} $ 错误； $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 单链的 $ 5\prime $ 端为游离的磷酸基团， $ 3\prime $ 端为羟基，每条单链仅一端有游离的磷酸基团， $ \mathrm{C} $ 正确； $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 分子中磷酸、脱氧核糖和碱基的数目相同，所以磷酸基团总数与四种碱基的总和相等， $ \mathrm{D} $ 正确。

（1） 图1脱氧核苷酸分子中，含氮碱基与 $ 1\prime -\mathrm{C} $ 相连，磷酸基团与 $ 5\prime -\mathrm{C} $ 相连，所以磷酸基团位于②。

（2） 图2为某双链 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 分子片段的平面结构示意图，③代表磷酸基团，④代表脱氧核糖，⑤和⑥代表（含氮）碱基，磷酸和脱氧核糖交替连接，构成了 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 分子的基本骨架。

（3） 图2中⑤和⑥代表碱基，通过氢键连接形成碱基对，排列在内侧，并且遵循碱基互补配对原则。若⑤代表胸腺嘧啶 $ (\mathrm{T}) $ ，与胸腺嘧啶配对的⑥是腺嘌呤 $ (\mathrm{A}) $ 。一条脱氧核苷酸单链上的相邻两个碱基之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接。

（4） 双链 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 中，任意两种不互补碱基数量之和占碱基总数的 $ 50\% $ ，若该双链 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 片段中， $ \mathrm{A} $ 占 $ 23\% $ ，即 $ \mathrm{T} $ 也占 $ 23\% $ ，则 $ \mathrm{C} $ 占 $ 27\% $ ，由于 $ \mathrm{C}=\dfrac{{\mathrm{C}}_{1}+{\mathrm{C}}_{2}}{2} $ ，已知其中一条链中的 $ \mathrm{C} $ 占该单链的 $ 24\% $ ，假设 $ {\mathrm{C}}_{1}=24\% $ ，则另一条链中的 $ \mathrm{C} $ 占该单链碱基总数的比例为 $ 27\%×2-24\%=30\% $ 。

（5） $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 分子的两条单链是反向平行且碱基互补配对的，若图2中甲链中某片段的碱基序列是 $ 5\prime -\mathrm{G}\mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{A}\mathrm{C}\mathrm{C}-3\prime $ ，则它的互补链（乙链）相应的碱基序列是 $ 5\prime -\mathrm{G}\mathrm{G}\mathrm{T}\mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{C}-3\prime $ 。

碱基 $ \mathrm{A} $ 与 $ \mathrm{T} $ 之间有两个氢键，而 $ \mathrm{G} $ 与 $ \mathrm{C} $ 之间有三个氢键， $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 中 $ \dfrac{\mathrm{A}+\mathrm{T}}{\mathrm{C}+\mathrm{G}} $ 的值越小，氢键的相对数量越多， $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 的结构越稳定，因此大肠杆菌的 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 结构比猪的 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 结构更稳定一些， $ \mathrm{A} $ 错误；小麦和鼠的 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 中 $ \dfrac{\mathrm{A}+\mathrm{T}}{\mathrm{C}+\mathrm{G}} $ 的值相同，但所携带的遗传信息不同， $ \mathrm{B} $ 错误；小麦 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 中 $ \dfrac{\mathrm{A}+\mathrm{T}}{\mathrm{C}+\mathrm{G}} $ 的值为 $ 1.21 $ ，说明小麦的 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 中 $ (\mathrm{A}+\mathrm{T}) $ 的数量是 $ (\mathrm{C}+\mathrm{G}) $ 数量的1.21倍，但不一定是鼠的 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 中 $ (\mathrm{C}+\mathrm{G}) $ 数量的1.21倍， $ \mathrm{C} $ 错误；同一生物不同组织的核 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 相同，故核 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 碱基组成也相同， $ \mathrm{D} $ 正确。

某双链 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 分子中 $ (\mathrm{G}+\mathrm{C}) $ 占全部碱基总数的 $ 56\% $ ，则 $ (\mathrm{A}+\mathrm{T}) $ 占全部碱基总数的 $ 44\% $ ，互补碱基之和在单、双链中占相应碱基总数的比例相等，因此 $ \beta $ 链中 $ (\mathrm{A}+\mathrm{T}) $ 也占该链碱基总数的 $ 44\% $ ， $ \mathrm{A} $ 正确；根据双链 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 分子中 $ (\mathrm{G}+\mathrm{C}) $ 占全部碱基总数的 $ 56\% $ ，不能确定每条链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占的比例， $ \mathrm{B} $ 错误； $ \alpha $ 链中胸腺嘧啶所占的比例是 $ 1-56\%-28\%=16\% $ ，占 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 双链中碱基总数的 $ 8\% $ ， $ \mathrm{C} $ 正确；不同生物 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 分子中互补碱基之和的比值不同，即 $ \dfrac{\mathrm{A}+\mathrm{T}}{\mathrm{C}+\mathrm{G}} $ 的值不同，该比值体现了不同生物 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 分子的特异性， $ \mathrm{D} $ 正确。

1个 $ \mathrm{G}- $ 四联体螺旋结构中相邻碱基之间通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”连接，每4个 $ \mathrm{G} $ 之间通过氢键等形成一个正方形的“ $ \mathrm{G}-4 $ 平面”，故相邻碱基也可能通过氢键相连， $ \mathrm{A} $ 正确；组成该结构的基本单位为脱氧核苷酸，不是碱基， $ \mathrm{B} $ 错误；该 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 分子中大多数磷酸连接两个脱氧核糖，但 $ 5\prime $ 端游离的磷酸只连接一个脱氧核糖， $ \mathrm{C} $ 错误；该结构没有发生碱基互补配对，因此该结构中 $ \dfrac{\mathrm{A}+\mathrm{G}}{\mathrm{T}+\mathrm{C}} $ 的值不一定等于1， $ \mathrm{D} $ 错误。

$ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 双链中，碱基 $ \mathrm{C} $ 的数量与碱基 $ \mathrm{G} $ 的数量相等， $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 两条互补的链中 $ \dfrac{\mathrm{G}}{\mathrm{C}} $ 的量是互为倒数的关系，不符合甲曲线的变化， $ \mathrm{A} $ 错误； $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 两条互补的链中 $ \dfrac{\mathrm{A}+\mathrm{G}}{\mathrm{T}+\mathrm{C}} $ 的量是互为倒数的关系，此情况不符合甲曲线变化， $ \mathrm{B} $ 错误；根据碱基互补配对原则， $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 两条互补的链中 $ \dfrac{\mathrm{A}+\mathrm{T}}{\mathrm{G}+\mathrm{C}} $ 的量是相等的，此情况符合乙曲线变化， $ \mathrm{C} $ 正确； $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 双链中 $ \mathrm{A}+\mathrm{G}=\mathrm{T}+\mathrm{C} $ ，即嘌呤 $ = $ 嘧啶， $ \dfrac{嘌呤}{嘧啶} $ 始终等于1，但 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 一条链中 $ \dfrac{嘌呤}{嘧啶} $ 的量不确定， $ \mathrm{D} $ 错误。

由题图可知，从受害者体内分离的精液来自1号怀疑对象，除精液外，血液和毛发等都可用来进行 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 指纹鉴定， $ \mathrm{A} $ 正确。同一个人的不同组织细胞都来自同一个受精卵，产生的 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 指纹图相同；但不同个体的 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 分子具有特异性，即使是双胞胎（考虑异卵双胞胎的情况），两个人的 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 指纹也有可能不完全相同， $ \mathrm{B} $ 正确。 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 分子的特异性表明 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 指纹技术还可以用于亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等， $ \mathrm{C} $ 正确。 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 分子是双链结构，具有稳定性，从出生到年老，每个人的 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 指纹基本上不发生变化， $ \mathrm{D} $ 错误。