高中生物人教版（2019）必修二教案3.2 DNA的结构

3.2DNA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，锻炼学生的动手、动脑以及空间思维能力。

3.讨论DNA双螺旋结构模型的构建历程，领悟模型构建在认识DNA结构中的重要作用，

认同与人合作在科学研究中的重要性。

教学重难点

【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

一、导入新课

坐落于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DNA模型的构建过程吗？DNA的结构有哪些主要特点呢？

二、讲授新课

（-）DNA双螺旋结构模型的构建

资料1：20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的基本单位是脱氧核甘酸。

教师引导学生复习脱氧核甘酸的组成和类型。

脱氧核甘酸如何形成DNA分子呢？（引出资料2）

资料2：1951年，波林（1954年诺贝尔化学奖得主），发现蛋白质的长链结构。由此启

发：DNA是由许多个脱氧核甘酸连接而成的长链。

教师引导学生尝试构建一条多样核甘酸链。

资料3：1951年，英国科学家（威尔金斯和富兰克林）提供了DNA的X射线衍射图

谱，表明DNA分子呈螺旋状结构。

沃森和克里克根据已经掌握的信息尝试搭建了很多种不同的单螺旋、双螺旋和三螺旋结

构模型，但都被否定了。

教师展示资料4：查哥夫的研究成果

1952年，查哥夫（E.Chargaff）在已进行多年的对各种DNA样品的组分研究中发现，

DNA中四种核甘酸的量并不一定是相等的。但是，在各种DNA中喋吟的量和嚏咤的量总

相等，而且腺喋吟的量和胸喀噬的量相等；鸟口票吟的量和胞喀咤的量相等。

教师展示资料5：

沃森在开始研究碱基之间连接的方式时，先将同样的碱基成对地安排在两条链上。例如,

使腺喋吟和腺喋吟配对，胸腺喀咤和胸腺喀咤配对等。他认为这样还可以说明DNA的模板

作用。这个模型被晶体学家J・多诺休（Donohue）否定。多诺休根据他对类似的小分子化合

物所作的晶体衍射研究，主张碱基是以酮式结构存在的，而不是沃森在建立模型时所用的烯

醇式。于是沃森只好继续寻找各种配对的可能性。就在这时，沃森发现腺喋吟和胸腺喘呢，

以及鸟噪吟和胞喀咤各自成对后，两类碱基对具有相似的形状，而且发现这样的配对恰恰可

以解释查哥夫测定的DNA碱基比例的数据。

思考：这个研究过程你能不能得出科学研究的一般过程？

发现问题（DNA的结构是怎样的？）一解决问题（提出自己的模型）一验证（判断模

型是否正确）一吸取最新知识，再解决问题（提出双螺旋模型）一验证（和X射线衍射图

比较）一结论（DNA是双螺旋结构）。

（二）DNA的结构

教师展示DNA模型，结合图片讲解结构的主要特点：

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，）。

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

DNA分子的内侧。

③碱基互补配对原则

两条链上的碱基通过氢键（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。

教师提问，学生思考后回答，由教师总结：

设问一：碱基配对时，为什么喋吟碱不与喋吟碱或喀咤碱不与喀咤碱配对呢？

这是由于票吟碱是双环化合物（画出双环），占有空间大；喀呢碱是单环化合物（画出

单环），占有空间小。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。

(三)DNA的结构特性

①稳定性：DNA分子两条长链上的脱氧核糖与磷酸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440°。种。实际上构成DNA分子的脱氧核甘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。

(四)DNA碱基数量的计算

设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则可知：A1=T2,A2=T1,

G1=C2,G2=C1«则DNA双链中碱基数目的数量关系：A=T,G=C。

①喋吟碱基总数等于啮咤碱基总数：A+G=T+C,即A+G/T+C=l。

②双链DNA分子中A+T/G+C比值等于其中任何一条链的A+T/G+C比值。

(A+T)/(G+C)=(A1+T1)/(G1+C1)=(A2+T2)/(G2+C2)«

③双链DNA分子中，互补的两条链中A+G/T+C的比值互为倒数。

(A1+G1)/(T1+C1)=(C2+T2)/(G2+A2),(A1+C1)/(T1+G1)=(G2+T2)/(C2+A2)

④双链DNA分子中，A+T占整个DNA分子碱基总数的百分比等于其中任何一条链中

A+T占该链碱基总数的百分比，其中任何一条链A+T的数目和是整个DNA分子A+T数目

和的一半，G+C同理。

(A+T)/(A+T+G+C)=(A1+T1)/(A1+T2+G1+C1)=(A2+T2)/(A2+T2+G2+C2),

Al+Tl=A2+T2=l/2(A+T)。

(五)制作DNA双螺旋结构模型

实验的材料及一些基本步骤可在上课前准备好，教师示范。

模型构建，小组合作检验概念教学效果，引发新的问题探究。

模型建构：每个小组自备制作DNA分子双螺旋结构的材料用具，组装一个模型。

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:

1.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，观察分子间连接是否正确，各种小分子的形态、颜色区分

是否明显，整个DNA分子比例是否恰当，制作是是否精良。可能出现的问题：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。

教师也应及时对学生的观点看法进行点评、补充。

2.请同学们观察每个小组的DNA是否相同？每个DNA之间的差异主要在哪里？

问题1和问题2主要是引发对遗传信息、DNA的多样性、特异性的概念学习。

3.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甘酸对，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

个添加脱氧核甘酸成双螺旋长链。思考：你觉得细胞在形成DNA的时候会是以哪种方式进

行的呢？

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3感兴趣的学生课后自主寻找资料和讨论。

课堂检测

一、单选题

1.下面是四位同学拼制的RNA分子平面结构模型，正确的是（）

A.DNA的两条脱氧核甘酸链反向平行

B.A-T碱基对比例高的DNA分子更稳定

C.脱氧核糖和磷酸交替连接构成DNA的基本骨架

D.双链DNA中碱基A+C与G+T数量相等

3.下列关于DNA分子双螺旋结构的特点，叙述错误的是（）

A.DNA分子的两条链按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构

B.DNA分子的基本骨架是碱基对

C.DNA分子的碱基通过氢键连接成碱基对

D.碱基互补配对原则是指A与T配对，G与C配对

4.已知某双链DNA片断的一条链上,A与T分别占该链碱基总数的m、n,则此DNA片断中G

所占比例为（）

A.l-m-nB.(l-m-n)/2C.(m+n)/2D.无法确定

5.已知某DNA分子中含腺喋吟200个，占全部DNA总数的20%,该DNA连续复制4次,

环境中消耗胞口密嚏脱氧核甘酸的数目为（）

A.1600个B.3200个C.4500个D.4800个

6.关于DNA分子结构的叙述塔送的是（）

A.脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架

B.两条链上的碱基通过磷酸二酯键连接成碱基对

C.两条脱氧核甘酸链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构

D.某双链DNA分子片段含50个腺喋吟，则同时含50个胸腺喀咤

7.若在一双链DNA分子中鸟喋吟和胞喀咤之和占碱基总和的56%,在其中的一条链中A和C

分别占该链碱基数的20%和30%,那么在另一条链中腺喋吟和胞喀呢分别占该链碱基数的

（）

A.34%、14%B.22%、30%C.24%、26%D.22%、28%

二、填空题

8.某科研机构发现一新型病毒，并对该病毒的遗传物质做了进一步研究。请思考并回答下列

相关问题：

（1）据研究人员介绍，该病毒的遗传物质比HIV的遗传物质更加稳定。据此可初步推测，

该病毒的遗传物质是，理由是，

（2）通过化学分析的方法对该病毒的遗传物质种类进行研究，分析其五碳糖或碱基种类均

可作出判断，如果，贝1J为DNA,如果,贝I」为RNA。

（3）也可以用同位素标记技术研究其遗传物质种类，将宿主细胞置于含有放射性标记的核

甘酸的培养基中培养，再用该病毒感染宿主细胞，一段时间后收集病毒并检测其放射性。培

养基中的各种核昔酸是否都需要标记？，理由是

（4）若该DNA分子中A有P个，占全部碱基数的20%,则该DNA分子中的G有.

个。

参考答案

1.答案：C

解析：

2.答案：B

解析：

3.答案：B

解析：

4.答案：B

解析：双链DNA片断的一条链上,A与T分别占该链碱基总数的m、n,根据碱基互补配对原

则,另外一条链上A占该链碱基总数的n,那A占碱基总数的（m+n）/2,G+A=50%，则此DNA片断

中G所占比例为（l-m-n）/2。

5.答案：C

解析：

6.答案：B

解析：

7.答案：C

解析：在DNA分子中，A与T配对、G与C配对。由题意可知，因在一双链DNA分子中鸟

口票吟和胞喀I1定之和占碱基总和的56%,所以A+T=44%,每条链中都有A+T=44%。由于DNA

分子的一条链中A和C分别占该链碱基总数的20%和30%,则这条链中T占44%-20%=24%,

G占56%-30%=26%。因此，根据碱基互补配对原则，在另一条链中腺喋吟和胞喀咤分别与

这一条链中的T和G所占比例相等。那么在另一条链中腺喋吟和胞喀咤