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第3章 基因的本质
《DNA的结构》
1.通过对DNA功能的分析，探究DNA分子的结构。了解生物学观念“结构与功能观”。
2.通过史料分析，构建DNA分子双螺旋结构模型。
3.通过DNA分子双螺旋结构模型，概述DNA分子结构的主要特点。
4.通过在韩烈士遗骸的归国认亲，归纳DNA分子的主要特性。
学习目标
课标要求
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。
导入
为什么鉴定DNA可以确认烈士身份呢？
DNA又为什么能够储存如此强大的遗传信息呢？
任务一. DNA结构的物质基础
　　军事科学院军事医学研究院研究员王升启介绍，科研人员怀着尊重每一位烈士的精神，夜以继日地工作，最终解决了烈士遗骸 DNA 提取的这一关键难题，并建立数据库，为烈士身份鉴定和亲属认亲奠定了基础。
　　如今，每位成功认亲的烈士亲属家中，都珍藏着一本 DNA 鉴定书。烈士许玉忠的鉴定证书上这样写着：经 DNA 比对分析，支持 506 棺椁内编号为 10506 遗骸样本所属个体与许同海、许同桥、赵春海、赵春河存在生物学亲缘关系。在排除外源干扰的前提下，综合辅助资料，支持 506 号棺椁遗骸属于许玉忠烈士。
1.DNA的全称是什么？
2.DNA的组成元素有哪些？
3.DNA的基本组成单位是什么、有多少种？
回顾复习
脱氧核糖核酸
C、H、O、N、P
脱氧核苷酸
4种
活动一: 建构脱氧核苷酸模型
初构尝试：请你利用老师提供的材料，构建4种，共6个核苷酸。
模型展示
注意：
1.标注脱氧核糖上C原子的位序。
2.注意磷酸基团和含氮碱基连接在几号C原子上。
思考：四种脱氧核苷酸是如何连接的？
1’
2’
3’
4’
5’
任务二：DNA结构模型的构建
活动二：建构一条脱氧核苷酸链模型
初构尝试：请你从刚才构建的6个核苷酸中，任意选取4个核苷酸连接成一条脱氧核苷酸链。
史事分析
资料1：1951年，富兰克林发现：一个脱氧核糖核苷酸的脱氧核糖与另一个脱氧核糖核苷酸的磷酸相连。
思考：请结合氨基酸如何连接形成蛋白质，分析脱氧核糖几号碳原子与另一个核苷酸的磷酸相连呢？
碱基
碱基
1’
2’
3’
4’
5’
5?
3?
核苷酸与核苷酸之间是通过_____________连接的。
磷酸二酯键
活动二：建构一条脱氧核苷酸链模型
任务二：DNA结构模型的构建
问题1： DNA结构是平面的吗？
资料1：
英国生物物理学家威尔金斯和同事富兰克林应用X射线衍射技术获得高质量的DNA衍射图谱。
结论：DNA呈螺旋结构
任务二：DNA结构模型的构建
问题2：DNA结构是单链吗？
资料2：富兰克林测得DNA含水量和密度值，更接近两条链。
结论：DNA是两条链。
问题3：DNA两条链如何连接，有几种方式？
假设2
假设3
假设1
任务二：DNA结构模型的构建
“如果将碱基放在外侧，我们就不用考虑它们了，而要是碱基在内，不规则的碱基序列如何排列在一起，这个问题很难解决。”
------沃森
假设1
任务二：DNA结构模型的构建
资料3：已知碱基具有疏水性，磷酸具有亲水性。
结论：磷酸、脱氧核糖交替排列在外侧，
碱基在内侧。
?
假设2
任务二：DNA结构模型的构建
问题4：碱基之间如何连接？
证据1：相邻碱基之间通过氢键相连。
假设：同型配对，
A与A配对，T与T配对。
证据2：化学家多诺霍指出碱基结构：嘌呤均为双环，占有空间大；嘧啶均为单环，占有空间小。
任务二：DNA结构模型的构建
A
P
T
P
C
P
G
P
T
P
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
两个环（更长）
一个环（更短）
T
G
C
T
A
P
P
P
P
P
发生改变：
A
P
A
P
P
P
P
P
T
P
T
C
P
C
G
P
G
T
P
T
任务二：DNA结构模型的构建
证据3：在DNA中，A的量总是等于T的量，G的量总是等于C的量。------查哥夫
证据4：测得DNA的直径是恒定的，约为2nm。
证据5：数学家格里菲思计算出结构不同的碱基之间的吸引力，表明A与T存在较强吸引力，G与C之间也是如此。
资料6：G和C的含量越多，DNA的结构就越稳定。
问题4：碱基之间如何连接？
结论：碱基之间通过氢键连接
A与T配对，形成两个氢键
G与C配对，形成三个氢键
再假设：A与T配对，G与C配对
练习应用1
在含有4种碱基的DNA区段中，腺嘌呤有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)个 D.胞嘧啶为b(1/2a-1)个
C
活动三：构建DNA平面结构
初构尝试：角色扮演-两条脱氧核苷酸链
思考:配对的两位学生身体朝向如何 ?说明了什么问题？
要求：
躯干代表五碳糖，
左手握拳代表磷酸基团，
右手摊开手掌代表碱基 。
任务二：DNA结构模型的构建
证据：富兰克林和威尔金斯给DNA拍了多张Ｘ射线衍射图谱，他们发现DNA翻转180°后的图谱与未翻转的一模一样。
DNA翻转180°
结论：DNA的两条链是反向的
问题5：DNA两条链的方向？
平面结构：
C
T
T
G
A
C
A
G
DNA双螺旋结构：
3.4nm
一个双螺旋的高度
直径2nm
0.34nm
活动四：观察DNA双链立体结构
任务三：DNA结构特点
DNA是规则的双螺旋结构：
1.DNA一般是 手双螺旋。
2.相邻两对碱基间的距离为 nm，
每个螺旋包含 对碱基。
3.DNA的两条链之间的距离恒等于 nm。
右
0.34
10
2
任务三：DNA结构特点
结合模型，总结DNA结构特点。
DNA是由 条单链组成的，这两条链按 平行方式盘旋成双螺旋结构。
DNA中的 和 交替连接，排列在外侧，构成 ；
在内侧。
两条链上的碱基通过 连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律：A一定与 配对；G一定与 配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作 。
两
反向
磷酸
脱氧核糖
基本骨架
碱基
氢键
T
C
碱基互补配对原则
任务三：DNA结构特点
氢键
单链中相邻碱基：
互补链中相邻碱基:
数量关系
①每个DNA的片段中,游离的磷酸基团有 个。
②A-T间有 个氢键，G-C间有 个氢键。氢键越多，结合力越强。——G和C的含量越多，DNA的结构就越稳定。
③脱氧核糖数 磷酸数 含氮碱基数
位置关系
通过脱氧核糖一磷酸一脱氧核糖连接
通过氢键相连
5'
3'
5'
3'
G
A
A
A
C
C
G
A
G
T
T
T
C
G
G
T
C
脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖
2
2
3
=
=
练习应用2
① ；② ；
③ ；④ ；
⑤ ；⑥ ；
⑦ ；⑧ ；
⑨ ；⑩ 。
下面是DNA的结构模式图，请写出图中①~⑩ 的名称。
胞嘧啶
腺嘌呤
鸟嘌呤
胸腺嘧啶
脱氧核糖
磷酸
脱氧核苷酸
碱基对
氢键
一条脱氧核苷酸链的片段
任务四：DNA分子的特性
碱基的排列顺序
储存遗传信息
碱基的排列顺序千变万化，构成了DNA分子作为遗传物质的 。
志愿军烈士遗骸的鉴定，还利用了DNA什么特性？
每个DNA分子特定的碱基排列顺序，构成了DNA分子的 。
两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的，内侧碱基互补配对原则不变，规则的双螺旋结构，构成了DNA分子的 。

多样性
特异性
稳定性
结构
功能
练习应用3
【例】某已知序列的双链链状DNA分子由200个脱氧核苷酸组成，其中胞嘧啶脱氧核苷酸40个。下列相关叙述正确的是（ ）
A.四种碱基和氢键构成了DNA分子的基本骨架
B.每个脱氧核糖上均连接着2个磷酸和1个碱基
C.该DNA分子一定含有40个鸟嘌呤脱氧核苷酸
D.该DNA分子蕴含的遗传信息种类最多有4200种
C
课后延伸
最后我们一起来感受一下DNA的结构之美，双螺旋结构与宏伟建筑的完美结合，体现了结构与功能的相互适应。
就是因为DNA双螺旋结构的稳定性，DNA分子的多样性、特异性，DNA 才能成为我们的遗传物质。让我们的生命代代延续，世界充满了生机。

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