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2018-2019學年高中生物 第3章 基因的本質(zhì) 第2節(jié) DNA分子的結(jié)構(gòu)學案 新人教版必修2

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1、第2節(jié)DNA分子的結(jié)構(gòu)學習目標1.體驗DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的制作過程,學會制作DNA分子的模型。2.掌握DNA分子的結(jié)構(gòu)特點并會進行相應的堿基計算。一、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建1構(gòu)建者:美國生物學家沃森和英國物理學家克里克。2過程例11953年沃森和克里克構(gòu)建了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,其重要意義在于()發(fā)現(xiàn)DNA如何存儲遺傳信息確定DNA是主要的遺傳物質(zhì)發(fā)現(xiàn)DNA分子中堿基含量的規(guī)律性為DNA復制機制的闡明奠定基礎(chǔ)ABCD答案C解析雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的確定解釋了DNA為什么能存儲大量遺傳信息,為DNA半保留復制奠定了基礎(chǔ),因此正確。例21962年沃森、克里克和威爾金斯三人因什么成果共同獲得了諾

2、貝爾生理學或醫(yī)學獎()A通過細菌轉(zhuǎn)化實驗證明轉(zhuǎn)化因子的存在B通過噬菌體侵染細菌的實驗證明遺傳物質(zhì)是DNAC提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)D確定了基因存在于染色體上答案C解析格里菲思通過肺炎雙球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗,證明了轉(zhuǎn)化因子的存在;赫爾希和蔡斯通過噬菌體侵染細菌實驗,證明了DNA是遺傳物質(zhì);沃森、克里克和威爾金斯提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu),獲得諾貝爾生理學或醫(yī)學獎;摩爾根通過果蠅雜交實驗,證明了基因在染色體上。二、DNA分子的結(jié)構(gòu)1DNA分子的基本組成單位脫氧核苷酸(1)結(jié)構(gòu)模式圖(2)堿基:A(腺嘌呤);G(鳥嘌呤);C(胞嘧啶);T(胸腺嘧啶)。(3)種類:腺嘌呤脫氧核苷酸,鳥嘌呤脫氧核苷酸、胞嘧啶脫氧

3、核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核苷酸。2雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(1)DNA分子是由兩條鏈組成的,這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(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;堿基排列在內(nèi)側(cè)。(3)兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對。堿基配對的規(guī)律是:A與T配對,G與C配對。堿基之間的這種一一對應的關(guān)系,叫做堿基互補配對原則。歸納提升DNA分子的結(jié)構(gòu)分析DNA分子結(jié)構(gòu)可簡記為“5、4、3、2、1”,即5種元素、4種堿基(脫氧核苷酸)、3種小分子、2條長鏈、1個雙螺旋。(1)兩條鏈之間的堿基對:A與T配對,形成2個氫鍵;G與C配對,形成3個氫鍵。氫鍵越多,結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定,即含GC堿基對(

4、3個氫鍵)的比例越大,結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。(2)氫鍵數(shù)目計算:若堿基對數(shù)為n,則氫鍵數(shù)為2n3n,若已知A有m個,則氫鍵數(shù)為3nm。(3)兩條鏈反向平行:盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。(4)每個DNA片段中有2個游離的磷酸基團,分別在兩條鏈的其中一端。(5)DNA雙鏈分子中磷酸、脫氧核糖和堿基之間的數(shù)量比為111。例3如圖是一個DNA分子的片段,從圖中不能得到的信息是()ADNA是雙螺旋結(jié)構(gòu)B堿基嚴格互補配對C嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù)D兩條脫氧核苷酸鏈反向平行答案D解析由圖示可以看出,DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu),且兩條鏈之間的堿基嚴格互補配對,即嘌呤數(shù)等于嘧啶數(shù);從題中不能看出兩條鏈的方向。例4下列對DNA結(jié)構(gòu)的敘述中,錯誤的是

5、()ADNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接,排列在外側(cè)BDNA分子中的兩條鏈反向平行CDNA分子中氫鍵數(shù)目和堿基數(shù)目一定相等DDNA分子中堿基之間一一對應配對的關(guān)系是堿基互補配對原則答案C解析在DNA分子中,脫氧核糖與磷酸交替連接,排列在DNA外側(cè),共同構(gòu)成DNA分子的基本骨架;DNA分子中的兩條鏈反向平行;AT間是2個氫鍵,GC間是3個氫鍵,故氫鍵數(shù)目和堿基數(shù)目不相等。三、制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1組裝“脫氧核苷酸模型”:利用材料制作若干個脫氧核糖、磷酸和堿基,組裝成若干個脫氧核苷酸。2制作“多核苷酸長鏈模型”:將若干個脫氧核苷酸依次穿起來,組成兩條多核苷酸長鏈。注意兩條長鏈的單核苷酸數(shù)目必

6、須相同,堿基之間能夠互補配對。3制作DNA分子平面結(jié)構(gòu)模型:按照堿基互補配對的原則,將兩條多核苷酸長鏈互相連接起來,注意兩條鏈的方向相反。4制作DNA分子的立體結(jié)構(gòu)(雙螺旋結(jié)構(gòu))模型:把DNA分子平面結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)一下,即可得到一個DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。例5在DNA分子模型的搭建實驗中,若僅有訂書釘將脫氧核糖、磷酸、堿基連為一體并構(gòu)建一個含10對堿基(A有6個)的DNA雙鏈片段,那么使用的訂書釘個數(shù)為()A58B78C82D88答案C解析構(gòu)成一個脫氧核苷酸需要2個訂書釘,20個脫氧核苷酸總共需要40個;一條DNA單鏈需要9個訂書釘連接,兩條鏈共需要18個;雙鏈間的氫鍵數(shù)共有24個,總共需要訂書

7、釘24個。所以共需訂書釘82個。例6如圖表示某同學在制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時,制作的一條脫氧核苷酸鏈,下列表述不正確的是()A能表示一個完整脫氧核苷酸的是圖中的a或bB圖中與每個五碳糖直接相連的堿基只有1個C相鄰脫氧核苷酸之間通過化學鍵連接起來D從堿基上看,缺少的堿基是T答案A解析圖中所示只有a表示的是一個完整的脫氧核苷酸;圖中與五碳糖直接相連的堿基只有1個;表示的是磷酸二酯鍵,相鄰的脫氧核苷酸通過此鍵相連接;脫氧核苷酸中的堿基共有4種,即A、G、C、T。方法技巧“三看法”判斷DNA分子結(jié)構(gòu)的正誤一看外側(cè)鏈成鍵位置是否正確,正確的成鍵位置在一分子脫氧核苷酸的5號碳原子上的磷酸基與相鄰核苷酸的

8、3號碳原子之間;二看外側(cè)鏈是否反向平行;三看內(nèi)側(cè)鏈堿基之間配對是否遵循堿基互補配對原則。1判斷正誤(1)DNA分子由四種脫氧核苷酸組成,這四種脫氧核苷酸含有的堿基是A、U、C、G()(2)DNA分子由兩條方向相同的脫氧核苷酸鏈盤旋而成()(3)沃森和克里克構(gòu)建的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)中,磷酸脫氧核糖骨架排列在螺旋外部,堿基排列在螺旋內(nèi)部()(4)DNA分子中的堿基一定存在如下數(shù)量關(guān)系:CT,AG()(5)DNA單鏈中的A與T的數(shù)量一定相等()答案(1)(2)(3)(4)(5)2有一對氫鍵連接的脫氧核苷酸,已查明它的結(jié)構(gòu)中有一個腺嘌呤,則它的其他組成應是()A三個磷酸、三個脫氧核糖和一個胸腺嘧啶B

9、兩個磷酸、兩個脫氧核糖和一個胞嘧啶C兩個磷酸、兩個脫氧核糖和一個胸腺嘧啶D兩個磷酸、兩個脫氧核糖和一個尿嘧啶答案C解析根據(jù)堿基互補配對原則可知,另一個堿基為胸腺嘧啶,兩個脫氧核苷酸含有兩個磷酸和兩個脫氧核糖。3下列是脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)圖,正確的是()答案D解析組成脫氧核苷酸的各組分子間正確的連接方式是:磷酸脫氧核糖含氮堿基,并且含氮堿基應連接在脫氧核糖的1號碳原子上,磷酸連接在脫氧核糖的5號碳原子上。4在DNA分子的1條單鏈中,相鄰的堿基A和T的連接是通過()A氫鍵B脫氧核糖磷酸脫氧核糖C肽鍵D磷酸脫氧核糖磷酸答案B解析氫鍵是連接DNA兩條鏈堿基對的化學鍵,A錯誤;1條單鏈中相鄰的堿基A與T不直

10、接相連,而是通過“脫氧核糖磷酸脫氧核糖”連接,B正確,D錯誤;肽鍵是連接氨基酸的化學鍵,C錯誤。5分析以下材料,回答相關(guān)問題:材料一在沃森和克里克提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型之前,人們已經(jīng)證實了DNA分子是由許多脫氧核苷酸構(gòu)成的長鏈,自然界中的DNA并不以單鏈形式存在,而是由兩條鏈結(jié)合形成的。材料二在1949年到1951年期間,科學家E.Chargaff研究不同生物的DNA時發(fā)現(xiàn),DNA分子中的嘧啶核苷酸的總數(shù)始終等于嘌呤核苷酸的總數(shù);A的總數(shù)等于T的總數(shù),G的總數(shù)等于C的總數(shù),但(AT)與(GC)的比值是不固定的。材料三根據(jù)R.E.Franklin等人對DNA晶體的X射線衍射分析表明DNA分子

11、由許多“亞單位”組成,且每一層的間距為3.4埃,而且整個DNA分子長鏈的直徑是恒定的。以上科學研究成果為沃森和克里克提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型奠定了基礎(chǔ)。請分析回答下列問題:(1)材料一表明DNA分子是由兩條_組成的,其基本單位是_。(2)嘧啶核苷酸的總數(shù)始終等于嘌呤核苷酸的總數(shù),說明_。(3)A的總數(shù)等于T的總數(shù),G的總數(shù)等于C的總數(shù),說明_。(4)A與T的總數(shù)和G與C的總數(shù)的比值不固定,說明_。(5)R.E.Franklin等人提出的DNA分子中的亞單位事實上是_;亞單位的間距是3.4埃,而且DNA分子的直徑是恒定的,這些特征表明_。(6)基于以上分析,沃森和克里克提出了各對應的堿基之間的關(guān)

12、系是_,并成功地構(gòu)建了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。答案(1)脫氧核苷酸長鏈脫氧核苷酸(2)DNA分子中嘌呤與嘧啶之間一一對應(3)A與T一一對應,C與G一一對應(4)A與T之間的對應和C與G之間的對應互不影響(5)堿基對DNA分子的空間結(jié)構(gòu)非常規(guī)則(6)A與T配對,C與G配對對點訓練題組一DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建1下列關(guān)于威爾金斯、沃森和克里克、富蘭克林、查哥夫等人在DNA分子結(jié)構(gòu)構(gòu)建方面的突出貢獻的說法中,正確的是()A威爾金斯和富蘭克林提供了DNA分子的電子顯微鏡圖像B沃森和克里克提出了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型C查哥夫提出了A與T配對、C與G配對的正確關(guān)系D富蘭克林和查哥夫發(fā)現(xiàn)堿基A的

13、量等于T的量、C的量等于G的量答案B解析在DNA分子結(jié)構(gòu)構(gòu)建方面,威爾金斯和富蘭克林提供了DNA的衍射圖譜;查哥夫發(fā)現(xiàn)了堿基A量總是等于T的量、C的量總是等于G的量;沃森和克里克在以上基礎(chǔ)上提出了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。題組二DNA分子的結(jié)構(gòu)2(2018濱州高一檢測)下面關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述中,不正確的是()A每個DNA分子中通常都含有四種脫氧核苷酸BDNA分子的兩條鏈反向平行CDNA兩條鏈上的堿基以氫鍵相連,且A與T配對,G與C配對D每個脫氧核糖上均連接著一個磷酸和一個堿基答案D解析DNA分子長鏈結(jié)束部位的脫氧核糖上連接著一個磷酸和一個堿基,其他脫氧核糖上連接兩個磷酸和一個堿基。3如

14、圖為DNA分子結(jié)構(gòu)示意圖,對該圖的敘述正確的是()a和相間排列,構(gòu)成了DNA分子的基本骨架b的名稱是胞嘧啶脫氧核苷酸c是氫鍵,其形成遵循堿基互補配對原則dDNA分子中特定的脫氧核苷酸序列代表了遺傳信息Ab、c、dBc、dCa、b、cDb、c答案B解析DNA分子是雙螺旋結(jié)構(gòu),磷酸和脫氧核糖交替連接排列在外側(cè),構(gòu)成了DNA分子的基本骨架,a錯誤;中的、與下方的磷酸基團組成胞嘧啶脫氧核苷酸,b錯誤;配對堿基之間通過氫鍵相連并遵循堿基互補配對原則,c正確;DNA分子中特定的脫氧核苷酸序列代表了遺傳信息,d正確。4關(guān)于下圖DNA分子片段的說法,不正確的是()A所指的堿基代表鳥嘌呤B所指的堿基是DNA分子

15、中特有的C代表堿基互補配對形成的氫鍵DDNA分子片段中AT堿基對含量越高,DNA分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定答案D解析圖中所指的堿基為鳥嘌呤(G),所指的堿基為胸腺嘧啶(T),T是DNA分子中特有的,A、B正確;代表氫鍵,C正確;DNA分子中AT堿基對有2個氫鍵,GC堿基對有3個氫鍵,則GC堿基對含量越高,DNA分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定,D錯誤。5下列關(guān)于雙鏈DNA的敘述,不正確的是()A若一條鏈上A和T的數(shù)目相等,則另一條鏈上的A和T數(shù)目也相等B若一條鏈上A的數(shù)目大于T,則另一條鏈上A的數(shù)目小于TC若一條鏈上ATGC1234,則另一條鏈上ATGC1234D若一條鏈上ATGC1234,則另一條鏈上ATGC2143答案

16、C解析根據(jù)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中的堿基互補配對原則可知,兩條鏈上互補堿基的數(shù)量關(guān)系是AT,GC。若一條鏈上A和T的數(shù)目相等,則另一條鏈上的A和T數(shù)目也相等,A項正確;若一條鏈上A的數(shù)目大于T,則另一條鏈上A的數(shù)目小于T,B項正確;若一條鏈ATGC1234,對應另一條鏈TACG1234,調(diào)整為ATGC的順序,應等于2143,C項錯誤,D項正確。6在一個雙鏈DNA分子中,堿基總數(shù)為m,腺嘌呤堿基數(shù)為n。在堿基A與T之間形成2個氫鍵,G與C之間形成3個氫鍵。則下列敘述正確的是()脫氧核苷酸數(shù)磷酸數(shù)堿基總數(shù)m堿基之間的氫鍵數(shù)為n兩條鏈中AT的數(shù)量為2nG的數(shù)量為(mn)ABCD答案D解析每個脫氧核苷酸均由

17、一個磷酸、一個堿基和一個脫氧核糖組成,因此,脫氧核苷酸數(shù)磷酸數(shù)堿基總數(shù)m;腺嘌呤堿基數(shù)為n,則T也為n個,說明有n個AT堿基對,含有2n個氫鍵,GC堿基對之間含有的氫鍵總數(shù)為,因此,該DNA含有的氫鍵總數(shù)為2nn;兩條鏈中AT的數(shù)量為2n;G的數(shù)量為n。7對大腸桿菌DNA分子圖示的分析正確的是()A圖中2是核糖,屬于五碳糖B圖中的堿基對3和4可能是GC,也可能是ATC磷酸、五碳糖交替連接構(gòu)成基本骨架D1、2、3構(gòu)成了一個完整的核糖核苷酸分子答案C解析DNA分子中含有的五碳糖是脫氧核糖;堿基對GC之間有三個氫鍵,AT之間有兩個氫鍵,故3和4只能是GC;磷酸、脫氧核糖交替連接構(gòu)成DNA的基本骨架;

18、1、2、3構(gòu)成的是一個完整的脫氧核苷酸分子。8如果某DNA分子的一條鏈上的某段堿基排列順序是AGATCGAT,則另一條鏈上對應的堿基排列順序是()AAGATCGATBGAGTCGTACTCTAGCTADCTCGCTAT答案C解析根據(jù)堿基互補配對原則,可對應寫出另一條鏈的堿基排列順序應該為TCTAGCTA。題組三制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型9某同學在構(gòu)建DNA分子模型時,用不同的幾何圖形代表核苷酸的三個不同組成部分。該同學組建的DNA分子模型中共有多少種不同的幾何圖形()A5種B6種C7種D8種答案B解析DNA的單體為脫氧核苷酸,1分子脫氧核苷酸包括1個含氮堿基(4種)、1個磷酸分子和1個脫氧核糖,

19、共有6種小分子,B正確。10在制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時,各“部件”之間需要連接起來。下列連接中錯誤的是()答案B11在DNA分子模型搭建實驗中,如果用一種長度的塑料片代表A和G,用另一長度的塑料片代表C和T,那么由此搭建而成的DNA雙螺旋的整條模型()A粗細相同,因為嘌呤環(huán)必定與嘧啶環(huán)互補B粗細相同,因為嘌呤環(huán)與嘧啶環(huán)的空間尺寸相似C粗細不同,因為嘌呤環(huán)不一定與嘧啶環(huán)互補D粗細不同,因為嘌呤環(huán)與嘧啶環(huán)的空間尺寸不同答案A解析A和G都是嘌呤堿基,C和T都是嘧啶堿基,在DNA分子中,總是AT,GC,依題意,用一種長度的塑料片代表A和G,用另一長度的塑料片代表C和T,則DNA的粗細相同。12下圖為

20、某同學在學習DNA分子的結(jié)構(gòu)后畫的含有兩個堿基對的DNA片段(其中代表磷酸),下列為幾位同學對此圖的評價,其中正確的是()A甲說:該圖沒有物質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的錯誤B乙說:該圖有一處錯誤,就是U應改為TC丙說:該圖有三處錯誤,其中核糖應改為脫氧核糖D丁說:如果說他畫的是RNA雙鏈則該圖就是正確的答案C解析題圖中有三處錯誤,錯誤一:組成DNA分子的五碳糖應該是脫氧核糖,所以圖中的核糖應改為脫氧核糖;錯誤二:堿基應為A、T、G、C四種,圖中的U應改為T;錯誤三:單鏈中的脫氧核糖和磷酸應交替連接。綜合強化13(2018岳陽高一檢測)下圖為大腸桿菌DNA分子結(jié)構(gòu)圖示(片段)。請根據(jù)圖示分析并回答下列問題:(1

21、)圖中1表示_,2表示_,1、2、3結(jié)合在一起的結(jié)構(gòu)叫做_。(2)3有_種,中文名稱分別是_。(3)DNA分子中3和4是通過_連接起來的。(4)DNA被徹底氧化分解后,能產(chǎn)生含氮廢物的是_與_(用序號表示)。(5)圖中DNA分子片段中,游離的磷酸有_個。若大腸桿菌DNA分子的堿基G有x個,占其堿基總量的比例是y,則該DNA分子的堿基之間的氫鍵數(shù)目是_。答案(1)磷酸脫氧核糖脫氧核苷酸(2)2鳥嘌呤、胞嘧啶(3)氫鍵(4)34(5)2x(1)或?qū)懗蓌解析(1)據(jù)圖分析可知,圖中1表示磷酸,2表示脫氧核糖,3表示含氮堿基,1、2、3結(jié)合在一起形成脫氧核苷酸。(2)3表示含氮堿基,由于3與4之間的氫

22、鍵是3個,因此3、4是C、G堿基對,3可能是鳥嘌呤G或胞嘧啶C。(3)DNA分子中3和4通過氫鍵連接形成堿基對。(4)DNA分子的組成成分是磷酸、脫氧核糖和含氮堿基,其中只有含氮堿基內(nèi)含有氮元素,因此DNA被徹底氧化分解后,能產(chǎn)生含氮廢物的是圖中的3和4。(5)圖中DNA分子片段中,游離的磷酸有2個;該DNA分子中鳥嘌呤數(shù)目為x,因此G、C堿基對為x,腺嘌呤胸腺嘧啶x,由于G、C堿基對之間的氫鍵是3個,A、T堿基對之間的氫鍵是2個,因此DNA分子的堿基之間的氫鍵數(shù)是3x2(x)x。14下圖是DNA片段的結(jié)構(gòu)圖,請據(jù)圖回答問題:(1)圖甲表示DNA片段的_結(jié)構(gòu),圖乙表示DNA片段的_結(jié)構(gòu)。(2)

23、填出圖中部分結(jié)構(gòu)的名稱:2_,5_。(3)從圖中可以看出,DNA分子的兩條鏈是由_和_交替連接形成的。(4)連接堿基對的化學鍵是_,堿基配對的方式如下:_與_配對;_與_配對。(5)從圖甲中可以看出組成DNA分子的兩條鏈的方向是_的,從圖乙可以看出組成DNA分子的兩條鏈相互纏繞成規(guī)則的_結(jié)構(gòu)。(6)含有200個堿基的某DNA片段中堿基間的氫鍵共有260個。則該DNA片段中共有腺嘌呤_個,C和G構(gòu)成的堿基對共_對。答案(1)平面立體(或空間)(2)一條脫氧核苷酸單鏈片段腺嘌呤脫氧核苷酸(3)脫氧核糖磷酸(4)氫鍵A(腺嘌呤)T(胸腺嘧啶)G(鳥嘌呤)C(胞嘧啶)(5)相反雙螺旋(6)4060解析

24、設(shè)該DNA片段中有腺嘌呤x個,有鳥嘌呤y個,則有2x2y200,由該DNA片段中含有260個氫鍵可得出,2x3y260,因此可計算出該DNA片段中有腺嘌呤40個,C和G構(gòu)成的堿基對共60對。15下圖是制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的過程圖,請回答下面的問題:(1)在制作模型前進行的設(shè)計中,甲處應考慮具備_種材料,它們分別是_;其中五邊形材料表示_。(2)乙表示的物質(zhì)是_,a位置的元素是_。制作一個乙用到了_種材料。(3)由乙連接成丙的過程,需考慮的主要有:兩條鏈中五邊形材料的頂角應呈_(填“同向”或“反向”)關(guān)系;若一條鏈的下端是磷酸,則另一條鏈的上端應該是_,這樣制作的目的是體現(xiàn)DNA雙鏈_的特點。(4)隨機將班里某兩位同學制作的單鏈連接成雙鏈,不合理的地方最可能是_。(5)丙到丁過程體現(xiàn)了DNA分子_的特點,丁中排在外側(cè)的物質(zhì)是_。答案(1)6磷酸、脫氧核糖、四種堿基脫氧核糖(2)脫氧核苷酸氧3(3)反向磷酸反向平行(4)雙鏈間的堿基配對不遵循堿基互補原則(5)(雙)螺旋交替連接的脫氧核糖和磷酸14

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