DNA分子的结构第二课时教案

第四章 基因的本质

4.2.1 DNA分子的结构

教学内容

教师组织和引导

问题探讨

引导学生思考讨论回答，老师提示。

一、DNA双螺旋结构模型的构建成

[来源:数理化网]学生活动

教学意图

思考讨论回答

阅读思考

完成旁栏思考题目和

思考与讨论

收集资料的能力。

培养学生的自学能力与自我探究能力。

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旁栏思考题目

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“思考与讨论”

引导学生阅读课文P47—49。

〖提示〗1.（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。

2.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—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。

〖提示〗1.略。2.主要涉及物理学（主要是晶体学）、生物化学、数学和分子生物学等学科的知识。涉及的方法主要有：X射线衍射结构分析方法，其中包括数学计算法；建构模型的方法等。现代科学技术中许多成果的取得，都是多学科交叉运用的结果；反过来，多学科交叉的运用，又会促进学科的发展，诞生新的边缘学科，如生物化学、生物物理学等。

3.要善于利用他人的研究成果和经验；要善于与他

思考、讨论和合作能力

二、DNA分子的结构

3.DNA的特性

人交流和沟通，闪光的思想是在交流与撞击中获得的；研究小组成员在知识背景上最好是互补的，对所从事的研究要有兴趣和激情等。

出示DNA模型，学生阅书第50页，指着模型进解说过归纳，结构的主要特点是：

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”，一条链是5－3，另一条链是3－5，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：

两条链上的碱基通过氢键（教师对“氢键”要进行必要的解释）连接成碱基对，且碱基配对有一定的规律：A—T、G—C（A一定与T配对，G一定与C配对）。

可见，DNA一条链上的碱基排列顺序确定了，根据碱基互补配对原则，另一条链上的碱基排列顺序也就确定了（可在黑板上练习一道题以巩固互补配对原则）。

教师设问，学生思考后，由教师回答：

设问一：碱基配对时，为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或嘧啶碱不与嘧啶碱配对呢？

这是由于嘌呤碱是双环化合物（画出双环），占有空间大；嘧啶碱是单环化合物（画出单环），占有空间小。而DNA分子的两条链的距离是固定的，只有双环化合物和单环化合物配对才合适。

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。

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（

）

A．9％

B．18％

C．32% D．36％

答案：C 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DAN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

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。

阅读理解记住

学生训练

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拓展学生思维，更好理解新知识

[来源:www.shulihua.net]应试能力

听讲配合知识拓老师回答

展

小结

本节课我们学习了DNA的化学组成，DNA的立体结小结

构和DNA的特性。组成DNA的碱基共有A、T、G、C四种，构成DNA的基本单位也有4种。每个DNA分子由二条多脱氧核苷酸长链反向平行盘旋成双螺旋结构，两条链上的碱基按照碱基互补配对原则，即A—T、G—C，通过氢键连接成碱基对。DNA分子具有稳定性、多样性和特异性。多样性产生的原因主要是碱基对的排列顺序千变万化，4种脱氧核苷酸排列的特定顺序，包括特定的遗传信息。每个DNA分子能够贮存大量的遗传信息。

让学生做P50《模型构建 制作DNA双螺旋结构模阅读思考

模型构建 型》，实验的材料及一些基本步骤可在上课前准备好，动手动脑

制作DNA双螺旋结教师示范。

构模型

模型构建，小组合作检验概念教学效果，引发新的问题探究

对于结构概念的学习，模型构建是最直接最有效的教学途径。在现代生物科学研究中，模型方法被广泛运用。新课标提出“要让学生领悟生物科学理论或模型的科学美”。在生物科学学习中，模型提供观念和印象，是非常吸引学生的生动的感性材料，是学生知识结构的重要组成部分，所以建构模型也可以培养学生的科学探究能力。有效的进行这部分的教学还有助于学生对结构和功能的统一以及其它相关内容如“DNA的复制”的理解。

模型建构：每个四人小组自备制作DNA分子双螺旋结构的材料用具。每个小组组装一个含有二十个碱基对的双螺旋DNA分子片断。时间：10分钟。超时的小组，全组放学时罚跑步两圈。

建模活动除了有教学意义之外，还在于回应第一个探究情境的问题四：协作能力的重要性。活动结束后的分享和知识延伸：

（1）当你发现组员出错或者你发现自己出错时有什么感受，你周围的组员中哪些人的行为让你记忆尤深？问题最后是怎样得到解决的？

（2）你和你的同桌选用的碱基在一开始就能正确配对吗？你对你们的成功（不成功）的经验有什么感想？

知识延伸的方面主要在于两条链的方向、DNA的多样性、DNA的稳定性、DNA中遗传信息的携带、DNA的解旋。据此可以设置如下问题：

（3）各小组DNA的连接是不是都是正确的？

各小组展示自己的制作成果，发现多数小组分培养学生的总结能力

巩固知识加深理解

子间连接正确，各种小分子的形态、颜色区分明显，整个DNA分子比例恰当，制作精良。也有个别小组材料准备不充分，如：四种碱基没有用不同的颜色和形态区分、磷酸和脱氧核糖没有用形状区分、没有立体构型等。多数学生都能指出这些错误，说明已经掌握相关知识。

有些班这里没有错误，教师可以自己设置错误：如调换磷酸的位置、更换不同颜色的碱基位置等。在明确概念的基本内容的基础上，给学生举出有关概念的正面和反面的典型例子，是深刻理解概念的必要手段。学生由于认知能力的局限性，在讨论、探究中难免有偏差、错误，这就需要教师的指导、点拨。新课标强调“对学生独特的感受和体验应加以鼓励”，

教师也应及时对学生的观点看法进行点评、补充。

（4）请你看看每个四人小组的DNA，你觉得相同吗？每个DNA之间的差异主要在哪里？

这两个问题主要是引发对遗传信息、DNA的多样性、特异性的概念学习。

（5）在每个小组中，大家的组装方式有三种：一种是先组装脱氧核苷酸对，然后再组装成双螺旋长链；另一种是先组成两条长链，再组成双螺旋。第三种是先组装一条长链，再逐个添加脱氧核苷酸成双螺旋长链。你觉得细胞在形成DNA的时候会是以哪种方式进行？

这个问题可以引发学生对下一个课时《DNA的复制》的期望，并且为构建更完整的知识体系提供帮助。同时，可以建议对问题四、五感兴趣的学生课后自主寻找资料和讨论。

在课堂教学中，学生对概念的掌握往往是一个逐步深入和提高的过程，一般都是由现象到本质，由简单到复杂，由具体到抽象的完善过程。因此，在教学过程中，感性材料的认识和分析、感性到理性的提升、概念本质的剖析、知识结构的系统化是教师进行概念教学的几个突破点。在新教材的探究性学习中，基于学生的知识水平和认识规律进行的有计划的探究性学习，能帮助教师有效的进行概念教学，成功地引导学生沿“感知——分析、综合等抽象思维——形成概念”这样的路径，正确地形成、理解、掌握和运用概念。读图分析，动手建模有利于学生加强感性认识，使知识概念经验化，直观化，有助于学生记忆和理解，还可以反馈学生对DNA分子结构概念的认识。〖提示〗1.DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基对的排列顺序却是千变万化的。碱基对千变万化的排列顺序使DNA储存了大量的遗传信息。

2.（1）靠 DNA分子碱基对之间的氢键维系两条链

的偶联；（2）在DNA双螺旋结构中，由于碱基对平面之间相互靠近，形成了与碱基对平面垂直方向的相互作用力（该点可不作为对学生的要求，教师可进行补充说明）。