人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第2节 DNA的结构教学设计

第3章  基因的本质

第2节  DNA的结构

【教学目标】

1、简述DNA分子的双螺旋结构模型的特点。

2、依据DNA分子的结构特点，分析并掌握有关DNA分子结构的计算。

【教学重难点】

依据DNA分子的结构特点，分析并掌握有关DNA分子结构的计算。

【教学过程】

通过前面的学习，我们知道生物的遗传物质主要是DNA，细胞生物和部分病毒的遗传物质都是DNA。那么DNA究竟具有怎样的结构呢？上图是坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕像和雅典奥运会中关于人类发现DNA的过程，这就是科学家模拟的DNA模型，下面就让我们重温科学家构建DNA模型的研究历程，分析DNA的结构特点。

一、DNA双螺旋结构模型的构建

1、DNA双螺旋结构的构建者：1953年，美国生物学家沃森（J.D.Watson，1928-）和英国物理学家克里克（E.Crick，1916-2004）

2、研究DNA结构常用的方法：X射线晶体衍射法。

3、构建历程

①当时，科学界已经认识到：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、G、C4种碱基。但是，人们并不清楚这4种脱氧核苷酸如何构成DNA。

②英国生物物理学家威尔金斯和他的同事富兰克林应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。沃森和克里克主要以该照片的有关数据为基础，推算出DNA呈螺旋结构，并尝试构建双螺旋和三螺旋结构模型，都被否定。

③奥地利生物化学家查哥夫：在DNA中，腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量；鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量。在此基础上成功构建了DNA双螺旋结构模型。

④1953年，沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文在英国《自然》，引起了极大的轰动。1962年，沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。

4、DNA双螺旋结构模型的建立过程的启示：

（1）要善于利用他人的研究成果和经验；

（2）要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与碰撞中获得的；科学研究需要协作精神。

（3）研究小组成员在知识背景上最好是互补的，对所从事的研究要有兴趣和激情等。

二、DNA分子的结构

1、双螺旋结构特点

（1）DNA分子是由两条链构成的，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接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基对排列在内侧。

（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基配对的规律是：A与T配对，G与C配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。

注意：①脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1'-C，与磷酸基团相连的碳叫作5'-C。DNA的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作5'-端，另一端有一个羟基（一OH），称作3'-端。DNA的两条单链走向相反，从双链的一端起始，一条单链是从5-端到3-端的，另一条单链则是从3-端到5'-端的。

②A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有恒定的直径。A与T之间两个氢键，G与C之间三个氢键，G与C含量越高，越稳定。

③脱氧核苷酸之间通过磷酸二酯键连接。

2、DNA分子的特性

（1）稳定性：空间结构相对稳定。

①位于外侧的基本骨架一定是由磷酸和脱氧核糖交替连接形成的，不会改变。

②两条链间的碱基互补配对方式稳定不变，总是A与T、G与C配对。碱基对及其侧链基团对维持DNA分子的空间结构的稳定有着重要的作用。

（2）多样性：不同的DNA分子中脱氧核苷酸的数目有差异，排列顺序多种多样。

（3）特异性：每一种DNA分子都有特定的碱基排列顺序。

三、计算

1、DNA双链中的两条互补链的碱基数相等。

     A1＋G1+T1＋C1= A2＋G2+T2＋C2

2、DNA中任意两个不互补的碱基之和恒等，占碱基总数的50%。

A＋G＝T＋C＝A＋C＝T＋G＝50%。

3、DNA双链中的一条单链的T＋C/（A＋G）的值与其互补链的T＋C/（A＋G）的值互为倒数关系。

（T1＋C1）/（A1＋G1）=（A2＋G2）/（T2＋C2）

4、DNA双链中，一条单链的G＋C/（A＋T）的值与其互补链的G＋C/（A＋T）的值是相等的，也与整个DNA分子中的G＋C（A＋T）的值相等。

（G1＋C1）/（A1＋T1）= （G2＋C2）/（A2＋T2）=（G总＋C总）/（A总＋T总）

5、DNA一条链中A占的比例为a%，另一条链中A占的比例为b%，则整个DNA分子中A占的比例为（a%＋b%）/2。