第2节DNA分子的结构

《DNA分子结构》教学设计

教材分析

本节内容是新课标教材人教版必修二《遗传与进化》第3章第2节的内容，主要包括DNA双螺旋结构模型的构建、DNA分子结构的主要特点及制作DNA双螺旋结构模型三部分。其中碱基互补配对原则是DNA结构、DNA复制以及DNA控制蛋白质合成过程中遵循的重要原则。DNA分子的双螺旋结构是学生学习和理解遗传学的基础知识；DNA独特的双螺旋结构保证了DNA具有多样性、特异性、稳定性的特征，它是学生理解生物的多样性、特异性、物种稳定性本质的物质基础。

●设计思路

以科学家的探究过程为主线，用提问、讲授并结合多媒体演示的方法再现科学家如何一步步通过不懈的努力总结出DNA分子的结构。教学中通过科学家相关事迹的学习，使学生认识到科学探索的艰辛，树立起勇于挑战、不怕失败、团结协作的科学态度。

●教学目标

1.知识方面

⑴识记构成DNA分子的基本单位、核苷酸种类、碱基种类、元素种类。

⑵DNA分子的平面结构和空间结构。

⑶碱基互补配对原则。

2.情感态度与价值观方面

⑴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。

⑵认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程

3.能力方面

⑴构建DNA双螺旋结构模型。

⑵就科学家探索基因的本质的过程和方法进行分析和讨论，领悟模型方法在这些研究中的应用。

●教学重点和难点

1.教学重点：DNA分子双螺旋结构模型的建构

2.教学难点：DNA分子结构的主要特点

物质？

【情境导入】 科学家在通过实验知道了DNA是遗传物质之后，又迫切得想知道DNA是如何储存遗传信息的？又是如何控制生物的性状的？要回答以上问题必须了解DNA的结构。

【新知探究】

师讲述：2004年7月28日，“分子生物学之父”克里克在圣地亚哥加州大学医院与世长辞，享年88岁。1953年4月25日，克里克和沃森在《自然》杂志上发表了DNA的双螺旋结构，从而带来了遗传学的彻底变革，这一成就后来被誉为20世纪以来生物学方面最伟大的发现，更宣告了分子生物学的诞生。也正是因为这一研究成果，1962年他们共同获得了诺贝尔学奖。那么，克里克与沃森提出了双螺旋结构到底是怎样的呢，下面我们一起跟随科学家的研究足迹尝试着构建出这个著名的双螺旋结构。

第2节 DNA的结构

课程标准要求

核心素养对接 学业质量水平

概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。 1.生命观念——通过搜集DNA结构模型建立过程的资料并进行交流和讨论，运用结构与功能观，分析DNA的结构与其蕴藏遗传信息的功能是相适应的。 水平二

2.科学思维——通过模型构建，理解DNA的化学组成、平面结构以及立体结构。 水平二

3.科学探究——通过制作DNA双螺旋结构模型，领悟模型构建在科学研究中的应用。 水平三

DNA双螺旋结构模型的构建

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1.构建者 沃森和克里克。

2.构建过程

[典例1] (2019·郑州学考模拟)（多选）1953年沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，其重要意义在于( ) A.发现DNA如何储存遗传信息 B.确定DNA是主要的遗传物质

C.发现DNA分子中碱基含量的规律性 D.为DNA复制机理的阐明奠定基础

答案 AD

[对点练1] (2019·中山期末)1962年，沃森、克里克和威尔金斯共同获得诺贝尔生理学或医学奖的研究成果是( )

A.通过肺炎链球菌转化实验证明了转化因子的存在

B.通过噬菌体侵染细菌实验证明了遗传物质是DNA

C.提出DNA双螺旋结构

D.证明了基因位于染色体上

解析 证明转化因子存在的科学家是格里菲思，A错误；噬菌体侵染细菌实验是由赫尔希和蔡斯完成的，B错误；摩尔根等人证明了基因位于染色体上，D错误。

答案 C

联想质疑

★北京中关村将DNA雕塑作为高科技的标志

★沃森和克里克搭建的DNA双螺旋结构模型

DNA的结构和特点

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1.DNA的基本组成单位——脱氧核苷酸

(1)结构模式图

本节知识框架： 一、回顾：DNA的基本单位—脱氧核糖核苷酸 二、DNA双螺旋结构的发现史 三、DNA双螺旋结构模型 四、DNA分子的稳定性和多样性 五、DNA分子中碱基数目的计算 六、A的含义变化 七、[DNA的粗提取与鉴定] 一.回顾：DNA的基本单位—脱氧核糖核苷酸 脱氧核糖核酸(DNA)的基本单位是脱氧核糖核苷酸① H P O H OH H H H 脱氧核糖碱基CH2 O O-O O-磷酸基团1’2’3’4’5’ 二.DNA双螺旋结构的发现史 20世纪中叶，科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。 1928年格里菲思的肺炎双球菌实验。 1944年艾弗里用纯化方法研究肺炎双球菌的转化的实验。 1952年赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验，最终确认DNA是T2噬菌体遗传物质。 1951年，生物物理学家威尔金斯和女物理学家富兰克林用X射线衍射技术对DNA结构进行研究，发现DNA是一种螺旋结构。 1952年卡伽夫(E.Chargaff)定量分析ＤＮＡ分子的碱基组成，发现腺嘌呤(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。这就是卡伽夫法则。 1953年美国科学家沃森(J.D.Ｗatson，原来研究遗传学)和英国科学家克里克(F.H.C.Ｃrick，原来研究物理学，有意思的是他的宝马车车牌是ATCG)提出DNA分子的双螺旋结构模型。当时化学家鲍林已经使用X射线衍射结果和用卡纸板搭建物理模型的方法于1951年成功建立了蛋白质的a-螺旋模型。沃森和克里克借鉴这个方法终于取得了更大的成 ①参看“第2章

生物体的物质基

础 第2节 组成生物体的化合物 第7

小节 核酸的种类和功能 五.

核酸的分类” 功。DNA的双螺旋结构模型的确立，标志着分子生物学时代的到来。 1962年，沃森、克里克、威尔金斯获得了诺贝尔生理学或医学奖。而富兰克林于1958年已经因癌症去世。 奥地利物理学家，量子力学创始人之一薛定谔(Erwin Schrödinger)在1943年写了一本小册子《生命是什么》。书中预言一个生物学研究的新纪元即将开始，并指出生物问题最终要靠物理学和化学去说明，而且很可能从生物学研究中发现新的物理学定律。在薛定谔的影响下大批的物理学家包括克里克、威尔金斯、伽莫夫等开始研究生命现象，一是因为当时物理学的可研究领域基本已经非常研究透彻，二是因为物理学家自从日本遭受原子弹轰炸后引起了对自身价值的思考。 三.DNA双螺旋结构模型 3’端5’端3’端5’端AAAGGCCATTTGGCTCO元素O元素 1.DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的双螺旋结构。 科学家认为X衍射照片中的上下左右对称性显示DNA是螺旋结构，根据DNA分子的直径和含水量充分肯定是双螺旋。研究发现每10对碱基恰好旋转一周。 脱氧核苷酸链的方向性可以从脱氧核糖的氧元素的朝向来判断。一条长链的氧元素朝上，另一条长链的氧元素朝下。脱氧核苷酸链的一端称为5′端，另一端称为3′端。 反向平行两条链不意味着DNA是中心对称。DNA片段的回文序列才是中心对称。② ②参看“第15章 现代生物技术 第2节 基因工程 第2小节 基因工程的三个工具 一.限制性核酸内切酶 DNA片段的回文序列” 高中生物学读本

第三章 基因的本质

第2节 DNA分子的结构(2)

【学习目标】

1．双链DNA分子碱基数量关系

【学习重难点】

重点：碱基互补配对原则的应用，在双链DNA分子中碱基数量

A=T,G=C

难点：两条链之间碱基数量的复杂计算【自主学习问题】

如图：设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则

A1

T1

G1

C1

T2

A2

C2

G2

（1）1链和2链上的哪些碱基数量总是相等的？

（2）在DNA双链中，哪些碱基数量总是相等的？

（3）在1链上，A1等于T1吗？G1和C1的数量一样吗？

(4)已知：1链上碱基共有100个，其中A1+A2共30个

问：这个DNA分子中碱基一共有多少个？G1和G2共多少个？？

【合作探究】

应用碱基互不配对原则，计算下列题目并总结规律：

一、已知双链DNA分子中某种碱基的含量求其他碱基的含量。

例1、某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？

规律：

二、已知一条链的碱基比例求另一条或双链DNA分子的中的比例。

2.在DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.4，上述比例在其互补链和整个

DNA分子中分别是多少？

若DNA的一个单链中，A+T/G+C=0.4，上述比例在其互补链和整个

DNA分子中分别是多少？

3.某双链DNA分子中，A与T之和占整个DNA碱基总数的54%，其中一

条链上G占该链碱基总数的22%。求另一条链上G占其所在链碱基总数

的百分含量。

规律：

三、已知一种碱基求其他碱基。

4.在含有四种碱基的DNA区段中，有腺嘌呤a个，占该区段全部碱基的

比例为b，则 （ )

A. b≤0.5 B. b≥0.5

C.胞嘧啶为a(1/2b－1) D.胞嘧啶为b(1/2a － 1)

5.分析一个DNA分子时，发现30%的脱氧核苷酸含有A，由此可知，该

分子中一条链上G含量的最大值可占此链碱基总数的多少？

四、碱基互补配对原则的相关计算

1．某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤的分子数占30％，那么胸腺嘧啶的

分子数应占( )

A．10％ B．20％ C．30％ D．40％