DNA分子的結構教學設計

　　3.討論DNA雙螺旋結構模型的構建歷程。

　　【教學重點】

　　1.DNA分子結構的主要特點;

　　2.制作DNA雙螺旋結構模型。

　　【教學難點】

　　DNA分子結構的主要特點。

　　【教學策略】

　　PPT、板書、學生活動

　　【課時安排】

　　1課時(40min)

　　【教學過程】

　　一、導入

　　談論一個社會熱點話題：隨著科學技術的發展，想要知道自己是否為父母親生的，應該怎么做?(親子鑒定)親子鑒定實質上是鑒定什么物質?(DNA)為什么通過鑒定DNA就能做到?要想知道親子鑒定的原理我們首先得了解DNA分子的結構 。

　　導入新課：板書：3.2 DNA分子的結構

　　二、回顧DNA分子相關的已有知識

　　引導學生一起回顧：

　　1.DNA的中文名稱是?(脫氧核糖核酸)

　　2.DNA的基本組成元素?(有且只有C、H、O、N、P)

　　3.DNA的基本組成單位?(脫氧核糖核苷酸/脫氧核苷酸)

　　(1個脫氧核糖核苷酸由1分子磷酸、1分子脫氧核糖和1分子含氮堿基組成)——板圖：脫氧核苷酸的分子結構模式

　　4.含氮堿基有幾種?(4)分別是?(AGCT)

　　5.4種堿基對應的脫氧核苷酸就有4種，分別是?(腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸、胞嘧啶脫氧核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核苷酸)

　　6.多個脫氧核苷酸分子連接起來才能形成DNA分子，脫氧核苷酸分子之間的連接是：一個核苷酸分子的脫氧核糖與下一個核苷酸分子的磷酸連接形成一種化學鍵，叫磷酸二酯鍵。這樣多個脫氧核苷酸就構成了一條脫氧核苷酸鏈。

　　以上關于DNA的化學組成，是科學家們在19世紀50年代對DNA分子的所有認識。

　　至于DNA分子的具體結構如何，還需要后來科學家的不斷探索和研究。

　　三、DNA雙螺旋結構模型的構建

　　(一)(采用課前發學案預習的方式，學案結合教材P49的《思考與討論》問題，教師以問題串形式引導學生了解整個構建過程，學生回答檢測其預習效果，幻燈片展示相關圖片及信息)

　　1.構建此模型的科學家是?(兩位當時很年輕的科學家：美國生物學家沃森和英國物理學家克里克)

　　2.DNA是由幾條鏈組成?(兩條鏈)空間結構?(雙螺旋)科學家得出此結論的依據是?

　　(依據：1951年，英國科學家威爾金斯和富蘭克林提供了DNA的X射線衍射圖譜。)

　　3.DNA的基本骨架?(磷酸-脫氧核糖)位于?(雙螺旋內側)

　　4.堿基位于?(內側)如何配對?(A-T，C-G)

　　剛開始的堿基配對是相同堿基配對，后來違反化學規律;為什么這樣配對(依據)?

　　(依據：1952年，奧地利著名生物化學家查哥夫研究得出：腺嘌呤(A)的量總是等于胸腺嘧啶(T)的量(A=T);鳥嘌呤(G)的量總是等于胞嘧啶(C)的量(G=C))

　　5.至此構建了DNA雙螺旋結構模型的平面結構，展示沃森和克里克的雙螺旋的立體結構，并且他們于1953年4月25日，寫論文發表在英國《自然》雜志上，今年正好是DNA模型構建60周年。

　　6.直到1962年，沃森、克里克和威爾金斯因此榮獲1962年諾貝爾醫學生理學獎。

　　(二)模型構建過程中涉及的情感態度價值觀教育(教師引導，學生思考)

　　1.整個過程中涉及的科學家有哪些?(沃森、克里克、威爾金斯、富蘭克林、查哥夫。)

　　——科學研究需要科學家們的合作交流、相互借鑒

　　2.在發現DNA結構的過程中涉及哪些學科? (生物、物理、化學等)

　　——科學研究需要學科之間的交叉、滲透

　　3.DNA分子結構模型的構建是一蹴而就嗎?(不是，經歷了構建—被否定—重建的反復過程)

　　——科學研究是在不斷探索、修正和完善中得以實現的

　　(三)DNA雙螺旋結構模型構建的意義

　　DNA分子雙螺旋結構模型的構建，被譽為20世紀最偉大的成就，標志著DNA的研究進入到分子水平，也是高科技的標志。(圖片展示中關村的DNA雕塑)

　　四、DNA分子的結構特點

　　(從平面結構入手)

　　整個DNA分子：(1)由兩條鏈組成，關系：平行，方向：一條鏈磷酸在頭部，另一條鏈磷酸在尾部;所以為反向平行。(補充：一條DNA分子中有2個游離的磷酸基團)

　　DNA分子的一條鏈：(2)外側：脫氧核糖和磷酸交替連接，形成了樓梯的“扶手”，即基本骨架;內側是堿基，形成了“臺階” 。

　　DNA分子兩條鏈之間：(3)兩條鏈之間，堿基與堿基連接。G、C配對形成一個堿基對，堿基對之間通過一種化學鍵連接——氫鍵，G、C之間三個氫鍵，A、T之間兩個氫鍵(補充：氫鍵數目越多，DNA分子越穩定，所以GC含量高的DNA分子穩定性強)

　　(A只和T配對、C只和G配對，這種堿基之間的一一對應的關系就叫做堿基互補配對原則。)

　　五、學生活動：制作DNA雙螺旋結構模型

　　6人一組，利用模型盒中的材料制作一個DNA雙螺旋結構模型。

　　1.介紹模型盒里的材料(圖片直觀展示)

　　2.教師以問題形式提示學生構建模型的正確思路，建立“點-線-面-體”的構建原則

　　①何制作一個脫氧核苷酸?(點)

　　②脫氧核苷酸如何連接成一條鏈?(線)

　　③兩條鏈之間如何正確連接?(面)

　　④如何體現雙螺旋結構?(體)

　　3.學生以小組為單位，制作模型，教師巡視，及時發現問題，適當引導。

　　4.小組展示自己的模型

　　六、DNA分子的特性

　　(學生比較小組之間的模型，思考，教師引導學生，逐步引出DNA分子的特性)

　　1.比較小組之間的模型，DNA模型的共同點是什么?

　　(a.脫氧核糖與磷酸交替排列的順序 b.堿基互補配對原則; c.穩定的雙螺旋結構;)——穩定性

　　2.堿基對的排列順序一樣嗎?

　　(不一樣，堿基對的排列順序千變萬化)——多樣性

　　(補充：對于一個堿基位置來說，可以有四種可能，那么對于一條DNA分子，如果有2000個堿基對，有多少種排列順序? 42000堿基對的排列順序就代表了遺傳信息。)

　　3.對于每個DNA分子，堿基對的排列順序是特定的嗎?

　　每一個DNA分子堿基對的特定排列順序 ——特異性

　　(親子鑒定的原理：親子鑒定鑒定DNA分子結構，孩子的同源染色體，一條來自父方，一條來自母方，由于DNA分子的特異性，所以一條DNA和父親相同，一條DNA與母親相同。 )

　　【板書設計】

　　3.2 DNA分子的結構

　　一、DNA分子的化學組成

　　1.組成元素：C、H、O、N、P

　　2.基本組成單位：脫氧核苷酸

　　二、DNA雙螺旋結構模型的構建

　　三、DNA的結構特點：

　　1.2條鏈：反向平行，雙螺旋

　　2.外側：磷酸-脫氧核糖;內側：堿基

　　3.A=T，G=C(氫鍵)

　　四、DNA的結構特性：

　　1.穩定性

　　2.多樣性

　　3.特異性

　　DNA分子的結構知識點歸納

　　1.基本單位

　　DNA分子的基本單位是脫氧核苷酸。每分子脫氧核苷酸由一分子含氮堿基、一分子磷酸和一分子脫氧核糖通過脫水縮合而成。由于構成DNA的含氮堿基有四種：腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)，因而脫氧核苷酸也有四種，它們分別是腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核苷酸和胞嘧啶脫氧核苷酸。

　　2.分子結構

　　DNA分子的立體結構為規則的雙螺旋結構，具體為：由兩條DNA反向平行的DNA鏈盤旋成雙螺旋結構。DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側，構成基本骨架;堿基排列在內側。DNA分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對(A與T通過兩個氫鍵相連、C與G通過三個氫鍵相連)，堿基配對遵循堿基互補配對原則。應注意以下幾點：

　　⑴DNA鏈：由一分子脫氧核苷酸的3號碳原子與另一分子脫氧核苷酸的5號碳原子端的磷酸基團之間通過脫水縮合形成磷酸二脂鍵，由磷酸二脂鍵將脫氧核苷酸連接成鏈。

　　⑵5'端和3'端：由于DNA鏈中的游離磷酸基團連接在5號碳原子上，稱5'端;另一端的的3號碳原子端稱為3'端。

　　⑶反向平行：指構成DNA分子的兩條鏈中，總是一條鏈的5'端與另一條鏈的3'端相對，即一條鏈是3'～5'，另一條為5'~～3'。

　　⑷堿基配對原則：兩條鏈之間的堿基配對時，A與T配對、C與G配對。雙鏈DNA分子中，A=T，C=G(指數目)，A%=T%，C%=G%，可據此得出：

　　①A+G=T+C：即嘌呤堿基數與嘧啶堿基數相等;

　　②A+C(G)=T+G(C)：即任意兩不互補堿基的數目相等;

　　③A%+C%=T%+G%= A%+ G%= T%+ C%=50%：即任意兩不互補堿基含量之和相等，占堿基總數的50%;

　　④(A1+T1)/(C1+G1)=(A2+T2)/(C2+G2)=(A+T)/(C+G)=A/C= T/ G：即雙鏈DNA及其任一條鏈的(A+T)/(C+G)為一定值;

　　⑤(A1+C1)/(T1+G1)=(T2+G2)/(A2+C2)=1/[(A2+C2)/(T2+G2)]：DNA分子兩條鏈中的(A+C)/(T+G)互為倒數;雙鏈DNA分子的(A+C)/(T+G)=1。

　　根據以上推論，結合已知條件可方便的計算DNA分子中某種堿基的數量和含量。

　　3.結構特點

　　⑴穩定性：規則的雙螺旋結構使其結構相對穩定，一般不易改變。

　　⑵多樣性：雖然構成DNA的堿基只有四種，但由于構成每個DNA分子的堿基對數、堿基種類及排列順序多樣，可形成多種多樣的DNA分子。

　　⑶特異性：對一個具體的DNA分子而言，其堿基對特定的排列順序可使其攜帶特定的遺傳信息，決定該DNA分子的特異性。

　　看了“DNA分子的結構教學設計”