高中生物人教版（2019）必修二教案3.2 DNA的結(jié)構(gòu)

3.2DNA的結(jié)構(gòu)

教案

教學(xué)目標(biāo)

1.概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。

2.制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦以及空間思維能力。

3.討論DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建歷程，領(lǐng)悟模型構(gòu)建在認(rèn)識DNA結(jié)構(gòu)中的重要作用，

認(rèn)同與人合作在科學(xué)研究中的重要性。

教學(xué)重難點(diǎn)

【教學(xué)重點(diǎn)】

1.DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。

2.制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。

【教學(xué)難點(diǎn)】

DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。

教學(xué)過程

一、導(dǎo)入新課

坐落于北京中關(guān)村高科技園區(qū)的DNA雕塑，以它簡潔而獨(dú)特的雙螺旋造型吸引著過往

行人。你知道DNA模型的構(gòu)建過程嗎？DNA的結(jié)構(gòu)有哪些主要特點(diǎn)呢？

二、講授新課

（-）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

資料1：20世紀(jì)30年代，科學(xué)家認(rèn)識到：組成DNA分子的基本單位是脫氧核甘酸。

教師引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)脫氧核甘酸的組成和類型。

脫氧核甘酸如何形成DNA分子呢？（引出資料2）

資料2：1951年，波林（1954年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主），發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的長鏈結(jié)構(gòu)。由此啟

發(fā)：DNA是由許多個(gè)脫氧核甘酸連接而成的長鏈。

教師引導(dǎo)學(xué)生嘗試構(gòu)建一條多樣核甘酸鏈。

資料3：1951年，英國科學(xué)家（威爾金斯和富蘭克林）提供了DNA的X射線衍射圖

譜，表明DNA分子呈螺旋狀結(jié)構(gòu)。

沃森和克里克根據(jù)已經(jīng)掌握的信息嘗試搭建了很多種不同的單螺旋、雙螺旋和三螺旋結(jié)

構(gòu)模型，但都被否定了。

教師展示資料4：查哥夫的研究成果

1952年，查哥夫（E.Chargaff）在已進(jìn)行多年的對各種DNA樣品的組分研究中發(fā)現(xiàn)，

DNA中四種核甘酸的量并不一定是相等的。但是，在各種DNA中喋吟的量和嚏咤的量總

相等，而且腺喋吟的量和胸喀噬的量相等；鳥口票吟的量和胞喀咤的量相等。

教師展示資料5：

沃森在開始研究堿基之間連接的方式時(shí)，先將同樣的堿基成對地安排在兩條鏈上。例如,

使腺喋吟和腺喋吟配對，胸腺喀咤和胸腺喀咤配對等。他認(rèn)為這樣還可以說明DNA的模板

作用。這個(gè)模型被晶體學(xué)家J?多諾休（Donohue）否定。多諾休根據(jù)他對類似的小分子化合

物所作的晶體衍射研究，主張堿基是以酮式結(jié)構(gòu)存在的，而不是沃森在建立模型時(shí)所用的烯

醇式。于是沃森只好繼續(xù)尋找各種配對的可能性。就在這時(shí)，沃森發(fā)現(xiàn)腺喋吟和胸腺喘呢，

以及鳥噪吟和胞喀咤各自成對后，兩類堿基對具有相似的形狀，而且發(fā)現(xiàn)這樣的配對恰恰可

以解釋查哥夫測定的DNA堿基比例的數(shù)據(jù)。

思考：這個(gè)研究過程你能不能得出科學(xué)研究的一般過程？

發(fā)現(xiàn)問題（DNA的結(jié)構(gòu)是怎樣的？）一解決問題（提出自己的模型）一驗(yàn)證（判斷模

型是否正確）一吸取最新知識，再解決問題（提出雙螺旋模型）一驗(yàn)證（和X射線衍射圖

比較）一結(jié)論（DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu)）。

（二）DNA的結(jié)構(gòu)

教師展示DNA模型，結(jié)合圖片講解結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：

①兩條長鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)（簡要解釋“反向”，一條鏈?zhǔn)?，-3，，

另一條鏈?zhǔn)?，-5，）。

②脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在DNA分子的外側(cè)，構(gòu)成基本骨架，堿基排列在

DNA分子的內(nèi)側(cè)。

③堿基互補(bǔ)配對原則

兩條鏈上的堿基通過氫鍵（對“氫鍵”要進(jìn)行必要的解釋）連接成堿基對，且堿基配對

有一定的規(guī)律：A—T、G—C（A一定與T配對，G一定與C配對）。

可見，DNA一條鏈上的堿基排列順序確定了，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，另一條鏈上的

堿基排列順序也就確定了。

教師提問，學(xué)生思考后回答，由教師總結(jié)：

設(shè)問一：堿基配對時(shí)，為什么喋吟堿不與喋吟堿或喀咤堿不與喀咤堿配對呢？

這是由于票吟堿是雙環(huán)化合物（畫出雙環(huán)），占有空間大；喀呢堿是單環(huán)化合物（畫出

單環(huán)），占有空間小。DNA分子的兩條鏈的距離是固定的，只有雙環(huán)化合物和單環(huán)化合物

配對才合適。

設(shè)問二：為什么只能是A—T、G—C,不能是A—C,G—T呢？

這是由于A與T通過兩個(gè)氫鍵相連，G與C通過三個(gè)氫鍵相連，這樣使DNA的結(jié)構(gòu)

更加穩(wěn)定，所以，A與T或G與C的摩爾數(shù)比例均為1：1。

(三)DNA的結(jié)構(gòu)特性

①穩(wěn)定性：DNA分子兩條長鏈上的脫氧核糖與磷酸交替排列的順序和兩條鏈之間堿基

互補(bǔ)配對的方式是穩(wěn)定不變的，從而導(dǎo)致DAN分子的穩(wěn)定性。

②多樣性：DNA分子中堿基相互配對的方式雖然不變，而長鏈中的堿基對的排列順序

是千變?nèi)f化的。如一個(gè)最短的DNA分子大約有4000個(gè)堿基對，這些堿基對可能的排列方

式就有440°。種。實(shí)際上構(gòu)成DNA分子的脫氧核甘酸數(shù)目是成千上萬的，其排列種類幾乎是

無限的，這就構(gòu)成DNA分子的多樣性。

③特異性：每個(gè)特定的DNA分子都具有特定的堿基排列順序，這種特定的堿基排列順

序就構(gòu)成了DNA分子自身嚴(yán)格的特異性。

(四)DNA堿基數(shù)量的計(jì)算

設(shè)DNA一條鏈為1鏈，互補(bǔ)鏈為2鏈。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則可知：A1=T2,A2=T1,

G1=C2,G2=C1?則DNA雙鏈中堿基數(shù)目的數(shù)量關(guān)系：A=T,G=C。

①喋吟堿基總數(shù)等于嚙咤堿基總數(shù)：A+G=T+C,即A+G/T+C=l。

②雙鏈DNA分子中A+T/G+C比值等于其中任何一條鏈的A+T/G+C比值。

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

③雙鏈DNA分子中，互補(bǔ)的兩條鏈中A+G/T+C的比值互為倒數(shù)。

(A1+G1)/(T1+C1)=(C2+T2)/(G2+A2),(A1+C1)/(T1+G1)=(G2+T2)/(C2+A2)

④雙鏈DNA分子中，A+T占整個(gè)DNA分子堿基總數(shù)的百分比等于其中任何一條鏈中

A+T占該鏈堿基總數(shù)的百分比，其中任何一條鏈A+T的數(shù)目和是整個(gè)DNA分子A+T數(shù)目

和的一半，G+C同理。

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

Al+Tl=A2+T2=l/2(A+T)。

(五)制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

實(shí)驗(yàn)的材料及一些基本步驟可在上課前準(zhǔn)備好，教師示范。

模型構(gòu)建，小組合作檢驗(yàn)概念教學(xué)效果，引發(fā)新的問題探究。

模型建構(gòu)：每個(gè)小組自備制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的材料用具，組裝一個(gè)模型。

知識延伸的方面主要在于兩條鏈的方向、DNA的多樣性、DNA的穩(wěn)定性、DNA中遺

傳信息的攜帶、DNA的解旋。據(jù)此可以設(shè)置如下問題:

1.各小組DNA的連接是不是都是正確的？

各小組展示自己的制作成果，觀察分子間連接是否正確，各種小分子的形態(tài)、顏色區(qū)分

是否明顯，整個(gè)DNA分子比例是否恰當(dāng)，制作是是否精良?？赡艹霈F(xiàn)的問題：四種堿基沒

有用不同的顏色和形態(tài)區(qū)分、磷酸和脫氧核糖沒有用形狀區(qū)分、沒有立體構(gòu)型等。

教師也應(yīng)及時(shí)對學(xué)生的觀點(diǎn)看法進(jìn)行點(diǎn)評、補(bǔ)充。

2.請同學(xué)們觀察每個(gè)小組的DNA是否相同？每個(gè)DNA之間的差異主要在哪里？

問題1和問題2主要是引發(fā)對遺傳信息、DNA的多樣性、特異性的概念學(xué)習(xí)。

3.在每個(gè)小組中，大家的組裝方式有三種：一種是先組裝脫氧核甘酸對，然后再組裝

成雙螺旋長鏈；另一種是先組成兩條長鏈，再組成雙螺旋。第三種是先組裝一條長鏈，再逐

個(gè)添加脫氧核甘酸成雙螺旋長鏈。思考：你覺得細(xì)胞在形成DNA的時(shí)候會是以哪種方式進(jìn)

行的呢？

這個(gè)問題可以引發(fā)學(xué)生對下一個(gè)課時(shí)《DNA的復(fù)制》的期望，并且為構(gòu)建更完整的知

識體系提供幫助。同時(shí)，可以建議對問題3感興趣的學(xué)生課后自主尋找資料和討論。

課堂檢測

一、單選題

1.下面是四位同學(xué)拼制的RNA分子平面結(jié)構(gòu)模型，正確的是（）

A.DNA的兩條脫氧核甘酸鏈反向平行

B.A-T堿基對比例高的DNA分子更穩(wěn)定

C.脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成DNA的基本骨架

D.雙鏈DNA中堿基A+C與G+T數(shù)量相等

3.下列關(guān)于DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，敘述錯(cuò)誤的是（）

A.DNA分子的兩條鏈按反向平行的方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)

B.DNA分子的基本骨架是堿基對

C.DNA分子的堿基通過氫鍵連接成堿基對

D.堿基互補(bǔ)配對原則是指A與T配對，G與C配對

4.已知某雙鏈DNA片斷的一條鏈上,A與T分別占該鏈堿基總數(shù)的m、n,則此DNA片斷中G

所占比例為（）

A.l-m-nB.(l-m-n)/2C.(m+n)/2D.無法確定

5.已知某DNA分子中含腺喋吟200個(gè)，占全部DNA總數(shù)的20%,該DNA連續(xù)復(fù)制4次,

環(huán)境中消耗胞口密嚏脫氧核甘酸的數(shù)目為（）

A.1600個(gè)B.3200個(gè)C.4500個(gè)D.4800個(gè)

6.關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)的敘述塔送的是（）

A.脫氧核糖和磷酸交替連接構(gòu)成基本骨架

B.兩條鏈上的堿基通過磷酸二酯鍵連接成堿基對

C.兩條脫氧核甘酸鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)

D.某雙鏈DNA分子片段含50個(gè)腺喋吟，則同時(shí)含50個(gè)胸腺喀咤

7.若在一雙鏈DNA分子中鳥喋吟和胞喀咤之和占堿基總和的56%,在其中的一條鏈中A和C

分別占該鏈堿基數(shù)的20%和30%,那么在另一條鏈中腺喋吟和胞喀呢分別占該鏈堿基數(shù)的

（）

A.34%、14%B.22%、30%C.24%、26%D.22%、28%

二、填空題

8.某科研機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)一新型病毒，并對該病毒的遺傳物質(zhì)做了進(jìn)一步研究。請思考并回答下列

相關(guān)問題：

（1）據(jù)研究人員介紹，該病毒的遺傳物質(zhì)比HIV的遺傳物質(zhì)更加穩(wěn)定。據(jù)此可初步推測，

該病毒的遺傳物質(zhì)是，理由是，

（2）通過化學(xué)分析的方法對該病毒的遺傳物質(zhì)種類進(jìn)行研究，分析其五碳糖或堿基種類均

可作出判斷，如果，貝1J為DNA,如果,貝I」為RNA。

（3）也可以用同位素標(biāo)記技術(shù)研究其遺傳物質(zhì)種類，將宿主細(xì)胞置于含有放射性標(biāo)記的核

甘酸的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，再用該病毒感染宿主細(xì)胞，一段時(shí)間后收集病毒并檢測其放射性。培

養(yǎng)基中的各種核昔酸是否都需要標(biāo)記？，理由是

（4）若該DNA分子中A有P個(gè)，占全部堿基數(shù)的20%,則該DNA分子中的G有.

個(gè)。

參考答案

1.答案：C

解析：

2.答案：B

解析：

3.答案：B

解析：

4.答案：B

解析：雙鏈DNA片斷的一條鏈上,A與T分別占該鏈堿基總數(shù)的m、n,根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原

則,另外一條鏈上A占該鏈堿基總數(shù)的n,那A占堿基總數(shù)的（m+n）/2,G+A=50%，則此DNA片斷

中G所占比例為（l-m-n）/2。

5.答案：C

解析：

6.答案：B

解析：

7.答案：C

解析：在DNA分子中，A與T配對、G與C配對。由題意可知，因在一雙鏈DNA分子中鳥

口票吟和胞喀I1定之和占堿基總和的56%,所以A+T=44%,每條鏈中都有A+T=44%。由于DNA

分子的一條鏈中A和C分別占該鏈堿基總數(shù)的20%和30%,則這條鏈中T占44%-20%=24%,

G占56%-30%=26%。因此，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，在另一條鏈中腺喋吟和胞喀咤分別與

這一條鏈中的T和G所占比例相等。那么在另一條鏈中腺喋吟和胞喀咤