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第3章 基因的本质
第2节 DNA的结构 教案
★教学目标
【生命观念】概述DNA结构的主要特点。
【科学探究】制作DNA双螺旋结构模型。
【社会责任】通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的交流和讨论，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。
★教学重点难点
【教学重点】1.DNA结构的主要特点；2.制作DNA双螺旋结构模型。
【教学难点】DNA结构的主要特点。
★教学过程
【导入新课】
问题探讨
坐落在北京中关村高科技园区的DNA雕塑，以它简洁而独特的双螺旋造型吸引着过往行人，你知道为什么将它作为高科技的标志吗？上网查阅有关DNA的信息，收集你感兴趣的资料与同学交流共享。
【新课讲授】
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1953年，美国生物学家沃森（J.D.Watson）和英国物理学家克里克（F.Crick）提出的DNA双螺旋结构模型是划时代的伟大发现，在生物学的发展中具有里程碑式的意义。
1.DNA分子的基本单位
（1）主要元素——C、H、O、N、P；
（2）基本单位：脱氧核苷酸。
20世纪30年代，科学界已经认识到：DNA是由4种脱氧核苷酸连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基。
PPT展示：
2.DNA呈螺旋结构
英国生物物理学家威尔金斯（M.Wilkins）和同事富兰克林（R.E.Franklin）应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。X形意味着DNA分子是螺旋的，沃森和克里克以该照片的有关数据为基础，推算出DNA呈螺旋结构。
3.DNA的双螺旋结构模型
1952年，奥地利生物化学家查哥夫（E.Chargaff）访问剑桥大学，提供重要信息：在DNA中，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。在此基础上，沃森和克里克构建出DNA双螺旋结构模型。
1953年，沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构一脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文在英国《自然》杂志上刊载，引起了极大的轰动。1962年，沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。
【思考·讨论】
1.请你根据资料回答有关DNA结构方面的问题。
（1）DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？
DNA是由两条链构成的。它的立体结构为：DNA是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
（2）DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于DNA的什么部位？
DNA的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA的外侧。
（3）DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
DNA中的碱基通过氢键连接成碱基对，它们位于DNA的内侧。碱基配对有一定的规律：A一定与T配对；G一定与C配对。
2.沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的双螺旋结构，是科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你哪些启示？
要善于利用他人的研究成果和经验；要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与碰撞中获得的；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。
二、DNA的结构
1.DNA分子的立体结构 2.DNA分子的平面结构
3.DNA双螺旋结构的主要特点：
（1）DNA分子是由两条单链组成的，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，排列在外侧，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，并且碱基配对具有一定的规律：遵循碱基互补配对原则。
在DNA双链中，A=T，G=C，且A、T之间形成两个氢键，G、C之间形成三个氢键。
4.DNA分子各种碱基的数量关系
（1）在整个DNA分子中，A=T、G=C；A+G=T+C= A+C=T+G=50%；(A+G)/(T+C)=1。
（2）如果一条链中的(A+T)/(G+C)=a，则另一条链中的(A+T)/(G+C)比例也是a；如果一条链中的(A+G)/(T+C)=b，则另一条链中(A+G)/(T+C)的比例是1/b。
（3）在DNA分子中一条链中A+T的和占该链碱基比率等于另一条链中A+T的和占该链碱基比率，还等于双链DNA分子中A+T的和占整个DNA分子的碱基比率。
即：(A1+T1)%=(A2+T2)%=总(A+T)%，同理：(G1+C1)%=(G2+C2)%=总(G+C)%
思考·讨论
（1）某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？
提示：A=50%–23%=27%
（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？
提示：2.5 1
（3）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？
提示：0.4 0.4
【探究·实践】
1.DNA只含有4种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息？
DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是碱基的排列顺序却是千变万化的。碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。
2.DNA是如何维系它的遗传稳定性的？
（1）靠DNA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。
3.你能够根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗？
从碱基互补配对原则出发去思考。
【课堂作业】
1.下图是DNA片段的结构示意图。下列叙述正确的是（　 ）
A.该片段中A+T的含量等于G+C的含量
B.②与③结合在一起的结构是脱氧核苷
C.③和④通过磷酸二酯键直接相连
D.RNA分子中也存在③和④
2.下列有关双链DNA分子的叙述，正确的是（ ）
A.若DNA分子一条链中碱基A所占比例为a，则另一条链的碱基C所占比例为1/2－a
B.如果一条链上(A＋T)/(G＋C)＝m，则另一条链上该比值也为m
C.如果一条链上的A∶T∶G∶C＝2∶2∶3∶3，则另一条链上该比值为3∶3∶2∶2
D.由50个碱基对组成的DNA分子片段中至少含有氢键的数量为150个
参考答案：BB

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