DNA分子的结构教案

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3.2 DNA分子的结构（综合版）

一、教学目标

1、知识目标

（1）说出DNA分子的基本单位及其种类，概述DNA分子双螺旋结构的主要特点；

（2）阐明碱基互补配对原则，并运用碱基互补配对原则分析问题；

（3）说明DNA内分子结构的稳定性、多样性、特异性。

2、能力目标

（1）通过多媒体课件及组装DNA双螺旋结构模型,培养学生观察能力、动手实践能力；

（2）通过讨论交流培养学生表达能力、创新思维能力。

3、情感态度和价值观目标

（1）认识到与人合作的在科学研究中的重要性，讨论技术的进步在探索遗传物质奥秘中的重要作用；

（2）通过模型建构的过程，确立结构和功能相统一的生物学观点。

二、教学重点和难点

1、教学重点

（1）DNA分子结构的主要特点；

（2）制作DNA分子双螺旋结构模型。

2、教学难点：DNA分子结构的主要特点。

三、教学过程

教学内容 教师活动 学生活动

情景导入

我们都知道2014年发生了一场严重的空难事件，马航MH370满载239名乘客和机组人员在南印度洋坠毁，无人幸存，令人痛心。如果我们找到遇难者，如何对其身份进行辨认呢？（DNA）

为什么DNA可以用来辨认死者身份呢？

本节课就来探讨 DNA分子的结构。

回忆之前所学 （1）DNA的基本单位是什么？脱氧核苷酸是由哪几种化合物组成？组成DNA的碱基有哪几种？

（2）绘制脱氧核苷酸的结构

脱氧核苷酸

磷酸、脱氧核糖、含N碱基

4种

一、学生模拟DNA单链模型的构建 【引导】结合屏幕出示的脱氧核苷酸的结构。请同学们拿出课前准备的小模型，圆形、长方形、五边形和棒状的纸片分别代表脱氧核苷酸的磷酸基团、碱基、脱氧核糖和化学键。

【布置动手任务】利用手中材料，两同学为一组，粘合构建出一个脱氧核苷酸的模型。

【展示学生成果】教师找出两小组的模型展示，小组代表进行解说后教师点评。

【演示讲解】幻灯片演示脱氧核苷酸链接构成一条单链的过程。

师：一条DNA链的形成如图所示，同学们观看时注意链接的位置。

【布置任务】两学生为一组，动手完成一个有6个脱氧核苷酸的DNA短链。

（教师巡视一遍学生的动手情况，个别错误个别纠正。） 两同学讨论后动手合作，完成模型。小组间交流模型，达成模型共识。

学生观察，体会。

观察、理解。

交流，制作。小组间交流成果，互相纠错，达成共识。

二、DNA双螺旋模【过渡】现在大家手里的模型就是19世纪沃森和克里克对DNA双螺旋结构的研究起点。到底这两位伟大的科学家是通过怎样一步步

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型的构建 的探索达到了最终模型构建的成功呢？

请同学们阅读课本47-48页的内容，让历史重演，利用手中材料依次构建出科学家们探索过程中的DNA模型,时间6-8分钟。

【布置任务】（安排8名学生为一个组，组内共同学习课本后再讨论、分配各个同学的构建任务）

【成果展示】一小组派代表依次解释本组（碱基在外侧的）双螺旋、三螺旋模型、A-A方式配对的模型、A-T配对的模型，并解说构建原因。

【图形展示】出示DNA分子平面、空间结构图。

AGCT二、DNA分子的结构氢键ATGC

组内学习、讨论、动手制作。小组间交流模型，互相学习，完善模型。

倾听、学习、纠错、理解。

学生结合图示，完善自己构建的DNA模型。

幻灯片展示问题：

1、沃森和克里克在构建模型的过程中，利用了他人的哪些经验和成果？

2、涉及到那些学科的知识和方法？这对你理解生物科学的发展有什么启示？

3、沃森和克里克在构建模型的过程中出现过哪些错误？他们是如何对待和纠正这些错误的？这对你理解生物科学的发展有什么启示？

4、沃森和克里克默契配合，发现DNA双螺旋结构，他们这种工作方式给你哪些启示？

根据问题总结整个过程，引导学生体会科学探索的艰辛。 1、X射线衍射图谱、嘌呤和嘧啶的含量规律等

4、对问题的兴趣是科学探索的开端；多学科知识的背景是科学发现的前提；科学的思维方法、锲而不舍的精神以及善于利用前人的成果和他人合作的品质，是科学发现的关键

三、DNA分子的结构 【PPT展示】 DNA分子基本单位——单链结构——平面结构——空间结构

思考下列问题：

1、磷酸、脱氧核糖、碱基这三种物质是在什么部位相互连接成脱氧核苷酸的？

2、在形成DNA单链中，相邻的两个脱氧核苷酸之间是在什么部位相互连接的？

3、DNA有几条链组成？这两条链的位置关系如何？

4、DNA双链是如何连接的？

【引导】自己归纳DNA分子的结构特点

（1）DNA分子是由两条链组成的，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，排在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。

（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：（A与T，C与G），这就是碱基互补配对。

2、3,5—磷酸二酯健

3、反向排列：一条链是5－3，另一条链是3－5

4、两条脱氧核苷酸长链以氢键连接起来的。

学生从整体到局部，从外部到内部归纳总结出DNA结构的主要特点

三、DNA【设问】分析DNA分子的结构，你能总结DNA分子作为遗传物质猜测DNA分子作为遗传3

分子的结构特性 的特性吗？

思考：什么结构是稳定不变的？什么结构是千变万化的？

【总结】

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分子虽然只含有4种碱基且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 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，可以贮存大量的遗传信息。

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。

【总结】DNA的结构特性：稳定性；多样性；特异性。

【探究】

（1）DNA分子的结构特性在生活上有广泛应用。同学们想到了哪些应用？

刑事侦破、马航事件验证死者身份

（2）根据DNA分子的结构特点，设想一下DNA分子的复制方式吗？ 物质的特性。

DNA分子结构中隐含的原理 1、为什么碱基配对是嘌呤碱基和嘧啶碱基配对？

答：嘌呤A和G是双环化合物，而嘧啶C和T是单环化合物，在碱基配对时，只有始终是嘌呤碱基与嘧啶碱基配对，才能保证两条长链之间的距离恒定。

A-T之间形成的是两个氢键，C-G之间形成的是3个氢键，它们之间的对应关系就好像是钥匙和锁的关系。

2、为什么说DNA分子结构是规则的双螺旋结构？

答：一是DNA分子的每个螺旋都是由10对碱基组成的，相邻两对碱基间的距离为0.34nm；二是DNA双螺旋的直径为2nm。

3、根据DNA分子的结构特点，设想一下DNA分子的复制方式吗？

4、依据碱基互补配对原则，推算DNA分子的碱基比例，学会用数学语言描述生命现象。

结构与功能的统一性

计算规律 【过渡】A-T，C-G的碱基互补配对原则还可以帮助我们总结一些计算规律，解决相应问题。

【板书】在DNA双链中，A-T、C-G，则A=T , C=G

【引导】请同学们结合碱基互补配对的原则，尝试解答：

①DNA双链中，A+G和C+T的值与总碱基数有什么关系？

②DNA双链中，互补的两条链中(A+G)/(T+C)，有什么关系？(A+T)/(G+C)呢？

③DNA双链中，若1链中(A1+T1)/(C1+G1)=n,

那2链中相应的比值是多少？整个DNA分子中相应的比值呢？

【板书】规律：

①互不配对的碱基之和相等（=总碱基数一半）

1、一半

2、等于1，不知道

3、n，n

总结，理解记忆公式 4

②DNA两互补链中，不配对的两碱基和的比值互为倒数。

③配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等。

师：②③可巧记为：“补则等，不补则倒”。

【提醒】单链DNA：无配对，一般无上述等量关系。

练习巩固 某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18％，那么鸟嘌呤的分子数占（C）

A．9％ B．18％ C．32% D．36％

总结：在双链DNA分子中，A+G/C+T=1。根据这个公式可以鉴定DNA分子是单链还是双链，若一个DNA分子中，A+G/C+T≠1，A≠T，C≠G，说明DNA分子为单链。

四、板书设计

第2节 DNA分子的结构

一、DNA双螺旋结构模型的构建

二、DNA分子的结构特点

1、两条链，反向平行

2、脱氧核糖、磷酸—外侧；碱基—内侧

3、碱基互补配对原则：A=T，G=C

三、DNA的特性

1、稳定性 2、多样性 3、特异性

四、相关计算

1、互不配对的碱基之和相等（=50%）

2、DNA两互补链中，不配对的两碱基和的比值互为倒数

3、配对的两碱基之和在单、双链中所占比例相等

设计思路

首先通过大家都熟悉的马航事件引发学生的思考，然后回忆旧知识，引入新课—DNA分子的结构；既让学生回顾了学过的知识，又为本节课做好了铺垫，一举两得。然后，引导学生自己阅读DNA结构的构建过程，培养学生分析资料的能力，也引导学生从中获得启示，体会科学研究的发展性，鼓励学生善于利用他人的研究成果和经验；要善于与他人交流和沟通，学会合作学习。然后通过问题串的形式，分析DNA的双链结构，让学生自己解答问题，并归纳DNA分子的结构。学习理论知识后，及时给与练习，巩固已学的知识，加深记忆。最后，以师生互动的方式谈及DNA的特性，培养学生建立结构和功能相适应的生物学观点。

如何理解反向关系

每个学生模拟成一个脱氧核苷酸，左手握拳代表磷酸分子，躯干部分代表脱氧核糖，右手代表碱基和氢键。教师先简单演示后，让10个学生按照要求演示：教室走道左右两边的各一列5位学生平行起立，面朝黑板，模拟DNA的两条链；一条链上的5位学生分别将左手搭在前一位学生的左肩上，另外5位学生也同样演示，模拟DNA的基本骨架；10位学生分别将右手手掌张开，五指并拢，右手臂平举，并与身体在同一平面上，模拟碱基及氢键，引导学生思考，如果代表DNA两条链的学生站立方向相同，那么碱基之间氢键是否都在学生身体的同侧．也就没有办法实现两列学生之向的握手（即碱基互补配对），学生慢慢地体会到，必须两列平行的学生站立方向相反才能实现碱基互补配对，也就意味着DNA的两条链必须是反向的，才能实现两条链上的碱基互补配对。