高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3章 基因的本质第2节 DNA的结构教案

第三章 基因的本质 3.2 DNA分子的结构B

教学目标

一、知识与技能

1．能说出DNA分子的化学组成。

2．DNA分子的结构。

课时安排

1课时。

教学设计

一、导入新课

前面我们通过“肺炎双球菌转化实验”和“噬菌体侵染细菌实验”的学习，知道DNA分子是主要的遗传物质，它能使亲代的性状在子代表现出来。那么DNA分子为什么能起遗传作用呢？这需要从它的结构谈起。

二、新课教学

（一）DNA双螺旋结构模型的构建 

1．课件显示沃森和克里克在《自然》上发表的文章《核酸的分子结构》以及他们的DNA双螺旋结构模型。

1953年4月25日，美国的生物学家沃森和英国的物理学家克里克在英国的顶级杂志《NATURE》上发表了一篇短小而精悍的文章《核酸的分子结构——DNA的一个结构模型》。文章一发表，立即引起了极大的轰动。因为这意味着生命科学史上一个新纪元的开始，促使生物学研究进入了分子水平。沃森和克里克在文章中提出了DNA的双螺旋结构模型，而这一成果的发表却是几经波折，接下来就让我们来一起了解DNA双螺旋结构模型的构建过程。

2．学生阅读

请大家阅读课本P47～48两位科学家构建DNA双螺旋结构模型的故事（阅读3分钟），并思考：（1）DNA双螺旋结构模型的构建过程给你什么启示？（2）尝试总结DNA双螺旋结构模型的特点。

3．学生发言

阅读了科学家们构建DNA双螺旋结构模型的过程，同学们一定有许多启发，哪位同学主动来谈谈自己的感受或者想法？

①在当今社会专业化程度极高的情况下，不同学科之间的交叉和结合更体现了现代科技发展的特点。沃森和克里克的合作就体现了不同学科之间的交叉和结合。既具有精湛的专业技能，又具有广博的知识面，这对于一个人的成功非常重要。

②善于利用他人的科研成果对于自身的发展和成功是非常关键的。沃森和克里克所利用的成果有：威尔金斯和富兰克林的DNA衍射图谱；查哥夫关于碱基的信息。

③科研的过程是不断尝试不断修正的艰辛历程，是曲折而又充满挑战的过程。

4．学生总结

我们已经了解了DNA双螺旋结构模型构建所需的信息，我们请一位同学来尝试总结出DNA双螺旋结构模型的特点。哪位同学来试一试？

DNA双螺旋结构模型的特点：

①DNA分子是以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、C、G四种碱基；

②DNA分子是双链螺旋：磷酸－脱氧核糖骨架安排在螺旋外部，碱基安排在螺旋内部；

③A与T配对，C与G配对。

5．讨论旁栏思考题（P48上）

提示：（1）当时科学界已经发现的证据有：组成DNA分子的单位是脱氧核苷酸；DNA分子是由含4种碱基的脱氧核苷酸长链构成的；（2）英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的DNA的X射线衍射图谱；（3）美国生物化学家鲍林揭示生物大分子结构的方法（1950年），即按照Ｘ射线衍射分析的实验数据建立模型的方法（因为模型能使生物大分子非常复杂的空间结构，以完整的、简明扼要的形象表示出来），为此，沃森和克里克像摆积木一样，用自制的硬纸板构建DNA结构模型；（4）奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果：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）的量这一碱基之间的数量关系。

6．讨论旁栏思考题（P48下）

提示：沃森和克里克根据当时掌握的资料，最初尝试了很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，在这些模型中，他们将碱基置于螺旋的外部。在威尔金斯为首的一批科学家的帮助下，他们否定了最初建立的模型。在失败面前，沃森和克里克没有气馁，他们又重新构建了一个将磷酸—脱氧核糖骨架安排在螺旋外部，碱基安排在螺旋内部的双链螺旋。

沃森和克里克最初构建的模型，连接双链结构的碱基之间是以相同碱基进行配对的，即A与A、T与T配对。但是，有化学家指出这种配对方式违反了化学规律。1952年，沃森和克里克从奥地利生物化学家查哥夫那里得到了一个重要的信息：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。于是，沃森和克里克改变了碱基配对的方式，让A与T配对，G与C配对，最终，构建出了正确的DNA模型。

（二）DNA的分子结构

1．DNA的分子结构的主要特点

①两条长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构（简要解释“反向”，不宜过深）。　

②脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在DNA分子的外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。

③碱基互补配对原则：

设问二：为什么只能是A—T、G—C，不能是A—C，G—T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。

随堂练习

某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的数量占18％，那么鸟嘌呤的数量占（    ）

A．9％        B．18％    C．32%    D．36％

答案：C

2．DNA的特性

师生共同活动，学生讨论和教师点拨相结合。

①稳定性：DNA分子两条长链上的脱氧核糖与Pi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DNA分子的稳定性。

②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，这些碱基对可能的排列方式就有44000=102408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。

③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。

3．制作DNA双螺旋结构模型

（1）模型制作前准备

请大家首先仔细阅读课本49页“DNA分子的结构”然后尝试制作DNA双螺旋结构模型。课件显示模型制作时要考虑的问题。教师分配材料用具。

同学们在制作模型时应考虑以下问题：

①分别用哪几种材料来代表组成DNA分子的磷酸、脱氧核糖和碱基？这三种物质是在什么部位相互连接的？怎样将这几种材料正确地连接起来？

②在DNA分子中，每个脱氧核苷酸之间是在什么部位相互连接的？怎样将脱氧核苷酸正确地连接起来？

③在模型中，如何体现DNA分子的两条链是反向平行的？又怎样体现两条链的碱基之间互补配对？

（2）学生开始制作模型，教师给予适当指导（20分钟）。

（3）学生制作完成后，教师给予评价和纠正：大家看看这一个模型是否符合DNA分子的结构特点。哪些地方需要进一步修改？

提醒学生注意：①磷酸与脱氧核糖的连接部位为C－3与C－5；②代表碱基的长方形塑料块，嘌呤碱基为长，嘧啶碱基为短。

（4）教师按照修改后的模型总结DNA分子的结构特点（课件显示DNA分子的结构特点）。