高中生物 DNA分子的结构教案

重庆市杨家坪中学市级骨干教师示范课高中生物 DNA分子的结构教

案

教学目标

1．概述DNA分子结构的主要特点。

2．制作DNA分子双螺旋结构模型。

3．讨论DNA双螺旋结构模型的构建历程。

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。

教学难点

DNA分子结构的主要特点。

教学过程

生物的遗传物质有哪些？主要的遗传物质是什么？DNA作为主要遗传物质，它是如何储存遗传信息、又是如何决定生物性状的呢？这些都取决于DNA分子的结构，结构决定功能是一个千古不变的真理，这节课我们来揭示DNA分子结构的庐山真面目。

这是北京中关村高科技园区的DNA雕塑，她的名字叫“生命”，这个双螺旋结构已经成为高科技的标志；北京大学也想玩点高科技，建造了一个DNA模型确惹了一场官司，原因是建造单位把双螺旋的方向搞反了；这是2004年雅典奥运会上的经典一幕，你们看到了什么？对了，他们用激光编成了一个神奇DNA分子。

DNA双螺旋结构模型是如何构建的呢？这里有个非常凄美、非常伤感、非常悲催、非常动人的故事，这是三个男人和一个女人的故事。故事从1951年的春天开始讲起。

一、DNA模型的构建

沃森、克里克和威尔金斯三人因共同构建了DNA双螺旋结构模型而同时获得了诺贝尔生理学或医学奖；但这个故事的结局似乎有些伤感，同样做出杰出贡献的英国女科学家富兰克林因英年早逝未能获奖（1958年因卵巢癌去世），按照惯例诺贝尔奖不授予已经去世的人，同一奖项至多只能由3个人分享，假如富兰克林活着她会得奖吗？这是一个无言的结局。

1. DNA双螺旋结构模型的构建历时三年，教材上共提到了五位著名科学家，请简单归纳他们各自为此做出的贡献？

(1)沃森和克里克最终构建了DNA分子分子双螺旋模型。

(2)威尔金斯和富兰克林提供了DNA的X 射线衍射图谱。

(3)奥地利的查哥夫提供了一个重要信息：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。

2. 沃森和克里克在构建DNA双螺旋结构模型的过程中，非常善于利用已有的经验和成果，请归纳这些经验和成果？

(1)DNA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、G、C四种碱基。

(2)威尔金斯和富兰克林提供的DNA的X射线衍射图谱。

(3)奥地利的查哥夫提供的一个重要信息：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。

3. 沃森和克里克在构建DNA双螺旋结构模型的过程中，出现过哪些错误认识？他俩是如何对待和纠正这些错误的？

(1)推算 DNA分子呈螺旋形，并且构建了三螺旋模型，后来认为应该是双螺旋结构。

(2)开始时将碱基排列在螺旋外部失败了，后来将磷酸和脱氧核糖骨架安排在螺旋外部，碱基安排在螺旋内部的双螺旋。

(3)开始时在 DN A双螺旋模型中是让相同碱基进行配对，这违反了化学规律；后来改变了碱基配对方式，让A与T配对，G与C配对，构建出新的DNA模型。

二、DNA分子的结构

1. DNA分子的基本单位（点）：脱氧核苷酸

（1）构成：一分子的磷酸、一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基。

（2）种类：腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸。

2. DNA分子的一条单链（线）：脱氧核苷酸链

（1）连接位置：磷酸和脱氧核糖之间。

（2）连接方式：磷酸二酯键。

3. DNA分子的平面结构（面）：两条单链

（1）连接位置：碱基互补、反相平行。

（2）连接方式：氢键。

4. DNA分子的立体结构（体）：双螺旋结构

两条单链逆时针旋转成双螺旋结构。

5. DNA分子的结构特点：

（1）反向平行：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）交替连接：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；碱基排在内侧。

（3）互补配对：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（腺嘌呤）一定与T（胸腺嘧啶）配对；G（鸟嘌呤）一定与C（胞嘧啶）配对。

三、DNA结构的计算

1. 在一个DNA分子中，若其中甲链的(A+G)/(T+C)=1/2，则在互补的乙链中 (A+G)/(T+C)比例应该是；在整个DNA分子中，则(A+G)/(T+C)的比例应该是。

2. 在一个DNA分子中，若其中甲链的(A+T)/(G+C)=1/2，则在互补的乙链中 (A+T)/(G+C)比例应该是，在整个DNA分子中，则(A+T)/(G+C)的比例一个是。

3. 已知1个DNA分子中有1800个碱基对，其中胞嘧啶有1000个，这个DNA分子中应含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是（）

A．1800个和800个 B．1800个和l800个

C．3600个和800个 D．3600个和3600个

4. 已知病毒的核酸有双链DNA、单链DNA、双链RNA、单链RNA四种类型。现发现一种新病毒，要确定其核酸属于哪一种类型，应该（）

A．分析碱基类型，确定碱基比例

B．分析蛋白质的氨基酸组成，分析核糖类型

C．分析碱基类型，分析核糖类型

D．分析蛋白质的氨基酸组成，分析碱基类型

5. 在DNA分子双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有3个氢键。现有四种DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌（生活在高温环境中）的是（）

A．含胸腺嘧啶32%的样品

B．含腺嘌呤17%的样品

C．含腺嘌呤30%的样品

D．含胞嘧啶15%的样品

6. 从某生物组织中提取DNA进行分析，其中鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的46％，又知该DNA分子的一条链（H链）所含的碱基中28％是腺嘌呤，24％是胞嘧啶，则与H链相对应的另一条链中，腺嘌呤、胞嘧啶分别占该链全部碱基数的（）

A．26％、22％ B．24％、28％

C．14％、11％ D．11％、14％

四、DNA模型的制作

1．模型制作前要明确的问题

（1）DNA的制作基本单位是脱氧核苷酸，它由一分子的磷酸、一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基组成，明确其连结方式。

（2）DNA的一条脱氧核苷酸长链中，脱氧核苷酸之间通过磷酸和脱氧核糖形成化学键而连结在一起。

（3）DNA的两条链是反向的，可通过表示脱氧核糖的正五角形的顶点表示出来，两条链上的碱基通过氢键连结，并遵循碱基互补配对原则。

（4）DNA的立体结构是两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的规则的双螺旋结构。

2．模型制作时要注意的问题

（1）严格按照实验操作程序，按结构层次从小到大，从简单到复杂依次完成。

（2）制作磷酸、脱氧核糖和含氮碱基的模型时，注意各分子的大小比例。

（3）制作脱氧核苷酸长链模型时，注意三点：两条长链中核苷酸的个数必须相同；两条长链并排时，必须保证碱基之间能够相互配对；两条长链走向要相反。

（4）旋转平面结构成立体结构时，如发现某结构部件有扭曲现象，应予以矫正。