1、第二节 DNA分子的结构和复制（第1课时）u 教学目标1概述DNA分子结构的主要特点。2制作DNA分子双螺旋结构模型，锻炼学生的动手、动脑以及空间思维能力。3讨论DNA双螺旋结构模型的构建历程，领悟模型构建在认识DNA结构中的重要作用，认同与人合作在科学研究中的重要性。u 教学重难点【教学重点】1DNA分子结构的主要特点。2制作DNA分子双螺旋结构模型。【教学难点】DNA分子结构的主要特点。u 教学过程【新课引入】坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕塑，以它简洁而独特的双螺旋造型吸引着过往行人。你知道DNA模型的构建过程吗？DNA的结构有哪些主要特点呢？（建议下载使用视频：【情境素材】DNA的
2、结构。）【新知讲解】一、沃森和克里克解开了DNA分子结构之谜资料1：20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸。教师引导学生复习脱氧核苷酸的组成和类型。过渡：脱氧核苷酸如何形成DNA分子呢？（引出资料2）资料2：1951年，波林（1954年诺贝尔化学奖得主），发现蛋白质的长链结构。由此启发：DNA是由许多个脱氧核苷酸连接而成的长链。教师引导学生尝试构建一条多样核苷酸链。资料3： 1951年，英国科学家（威尔金斯和富兰克林）提供了DNA的X射线衍射图谱，表明DNA分子呈螺旋状结构。沃森和克里克根据已经掌握的信息尝试搭建了很多种不同的单螺旋、双螺旋和三螺旋结构模型，但都被
3、否定了。教师展示资料4：查哥夫的研究成果1952年，查哥夫（E.Chargaff）在已进行多年的对各种DNA样品的组分研究中发现，DNA中四种核苷酸的量并不一定是相等的。但是，在各种DNA中嘌呤的量和嘧啶的量总相等，而且腺嘌呤的量和胸嘧嘧啶量相等；鸟嘌呤的量和胞嘧啶的量相等。教师展示资料5：1953年，美国的沃森和英国的克里克以威尔金斯和富兰克林的DNA晶体X射线衍射图谱以及查哥夫的当量定律为基础，在nature上发表了论文核酸的分子结构脱氧核糖核酸的一个结构模型，引起极大的轰动。二、DNA分子的双螺旋结构1DNA分子的结构特点教师展示DNA模型，结合图片讲解结构的主要特点：两条长链按反向平行
4、方式盘旋成双螺旋结构（简要解释“反向”，一条链是53，另一条链是35）。DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在双螺旋结构的外侧，构成DNA分子基本骨架，碱基排列在DNA分子的内侧。碱基互补配对原则两条链上的碱基通过氢键（对“氢键”要进行必要的解释）连接成碱基对，且碱基配对有一定的规律：AT、GC（A一定与T配对，G一定与C配对）。可见，DNA一条链上的碱基排列顺序确定了，根据碱基互补配对原则，另一条链上的碱基排列顺序也就确定了。教师提问，学生思考后回答，由教师总结：设问一：碱基配对时，为什么嘌呤碱基不与嘌呤碱基或嘧啶碱基不与嘧啶碱基配对呢？这是由于嘌呤碱基是双环化合物（画出双环），占有空间大
5、；嘧啶碱基是单环化合物（画出单环），占有空间小。DNA分子的两条链的距离是固定的，只有双环化合物和单环化合物配对才合适。设问二：为什么只能是AT、GC，不能是AC，GT呢？这是由于A与T通过两个氢键相连，G与C通过三个氢键相连，这样使DNA的结构更加稳定，所以，A与T或G与C的摩尔数比例均为1：1。2DNA分子的结构特性稳定性：DNA分子两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序和两条链之间碱基互补配对的方式是稳定不变的，从而导致DAN分子的稳定性。多样性：DNA分子中碱基相互配对的方式虽然不变，而长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。如一个最短的DNA分子大约有4000个碱基对，这些碱基对可能
6、的排列方式就有44000种。实际上构成DNA分子的脱氧核苷酸数目是成千上万的，其排列种类几乎是无限的，这就构成DNA分子的多样性。特异性：每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序，这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子自身严格的特异性。3DNA碱基数量相关计算设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知： A1=T2 ，A2=T1，G1 = C2，G2 =C1。则DNA双链中碱基数目的数量关系：A = T， G = C。嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数：A+G=T+C，即（A+G）/（T+C）=1。双链DNA分子中的（A+G）/（T+C）比值等于其中任何一条链的（A+G）/（
7、T+C）比值。A+TG+C=A1+T1G1+C1=A2+T2G2+C2。双链DNA分子中，互补的两条链中A+G/T+C的比值互为倒数。A1+G1T1+C1=C2+T2G2+A2，A1+C1T1+G1=G2+T2C2+A2双链DNA分子中，A+T占整个DNA分子碱基总数的百分比等于其中任何一条链中A+T占该链碱基总数的百分比，其中任何一条链A+T的数目和是整个DNA分子A+T数目和的一半，G+C同理。A+TA+T+G+C=A1+T1A1+T2+G1+C1=A2+T2A2+T2+G2+C2，A1+T1=A2+T2= 12（A+T）。（建议此处插入卡片：【知识解析】“归纳法”求解DNA分子中的碱基数
8、量的计算规律）4设计和制作DNA分子双螺旋结构模型实验的材料及一些基本步骤可在上课前准备好，教师示范。模型构建，小组合作检验概念教学效果，引发新的问题探究。模型建构：每个小组自备制作DNA分子双螺旋结构的材料用具，组装一个模型。知识延伸的方面主要在于两条链的方向、DNA的多样性、DNA的稳定性、DNA中遗传信息的携带、DNA的解旋。据此可以设置如下问题：1各小组DNA的连接是不是都是正确的？各小组展示自己的制作成果，观察分子间连接是否正确，各种小分子的形态、颜色区分是否明显，整个DNA分子比例是否恰当，制作是否精良。可能出现的问题：四种碱基没有用不同的颜色和形态区分、磷酸和脱氧核糖没有用形状区
9、分、没有立体构型等。教师也应及时对学生的观点看法进行点评、补充。2请同学们观察每个小组的DNA是否相同？每个DNA之间的差异主要在哪里？问题1和问题2主要是引发对遗传信息、DNA的多样性、特异性的概念学习。3在每个小组中，大家的组装方式有三种：一种是先组装脱氧核苷酸对，然后再组装成双螺旋长链；另一种是先组成两条长链，再组成双螺旋。第三种是先组装一条长链，再逐个添加脱氧核苷酸成双螺旋长链。思考：你觉得细胞在形成DNA的时候会是以哪种方式进行的呢？这个问题可以引发学生对下一个课时DNA的复制的期望，并且为构建更完整的知识体系提供帮助。同时，可以建议对问题3感兴趣的学生课后自主寻找资料和讨论。（建议
10、此处插入卡片：【活动设计】制作DNA双螺旋结构模型。）【课堂小结】教师与学生一起小结本节知识，学生边讲教师边板书，或通过课件展示。DNA的组成和结构（可用五四三二一表示）【课堂检测】1下列关于威尔金斯、沃森和克里克、富兰克林、查哥夫等人在DNA分子结构构建方面突出贡献的说法中，正确的是（ B ）A威尔金斯和富兰克林提供了DNA分子的电子显微镜图像B沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型C查哥夫提出了A与T配对、C与G 配对的正确关系D富兰克林和查哥夫发现A的量等于T的量、C的量等于G的量2下面是DNA的分子结构模式图，说出图中110的名称。 答案：1：胞嘧啶 2：腺嘌呤 3：鸟嘌呤 4：
11、胸腺嘧啶 5：脱氧核糖6：磷酸 7：胸腺嘧啶脱氧核苷酸 8：碱基对 9：氢键10：1条脱氧核苷酸链的片段3下列关于DNA结构的叙述中，错误的是（ A ）A大多数DNA分子由两条核糖核苷酸长链盘旋而成为螺旋结构B外侧是由磷酸和脱氧核糖交替连接构成的基本骨架，内侧是碱基CDNA两条链上的碱基间以氢键相连，且A与T配对，C与G配对DDNA的两条链反向平行4已知1个DNA分子中有1800个碱基对，其中胞嘧啶有1000个，这个DNA分子中应含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是 （ C ）A1800个和800个 B1800个和l800个C3600个和800个 D3600个和3600个5某高中一实验小组想要制作一个含10个碱基对的DNA分子双螺旋结构模型，模型设计设定其中一条链所用的A、C、T、G碱基模型的数量比为1234，则模型构建需要准备的C碱基模型的数量应为（ C ）A4个 B5个C6个 D8个 6 / 6
