1、第2节 DNA分子的结构教材分析本节是以坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕塑为题引导学生活动的。考虑到DNA分子比较抽象，以学生比较熟悉的DNA雕塑引入，可以拉近DNA与学生的距离。本节是由DNA双螺旋结构模型的构建、DNA分子的结构模型以及制作DNA双螺旋结构模型三部分内容构成的。与原教材比较，本节教材最大的变化是：没有直接讲述DNA分子的结构特点，而是在讲述DNA分子的结构特点之前，采取讲故事的形式，以科学家沃森和克里克的研究历程为主线，逐步呈现DNA双螺旋结构模型的要点。通过阅读这则故事，学生不仅能自然地了解DNA双螺旋结构模型的基本内容，还能得到多方面的启示：在众多有造诣的科学家中，
2、两个年轻学者之所以脱颖而出并非偶然，首先对问题的兴趣是科学探索的开端；多学科知识的背景是科学发现的前提；科学的思维方法，锲而不舍的精神，以及善于利用前人的成果和与他人合作的品质，是科学发现的关键。在引导学生了解DNA双螺旋结构模型构建历程的基础上，本节又以简洁的语言、图文并茂地概述了DNA分子的结构特点，最后通过让学生动手尝试建构DNA双螺旋结构模型，加深对DNA分子结构特点的理解。三维目标1通过讨论DNA双螺旋结构模型的构建历程，理解DNA双螺旋结构模型的要点。2通过对DNA平面结构和立体结构的分析，理解DNA结构的主要特点。3通过制作DNA结构模型的活动，加深对DNA分子结构的理解。4通过
3、了解科学家的研究过程，鼓励学生大胆创新，从而体验探究的乐趣和获得成功后的喜悦，学会科学的探究方法。内容提要教学重点和难点DNA分子结构的主要特点。课时安排1课时。课前准备1中关村DNA雕塑的图片。2沃森和克里克图片。3DNA分子的结构模式图。4制作DNA分子双螺旋结构模型的材料用具。5模型制作范例图片。导入新课1情境导入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。DNA分子双螺旋结构是1953年美国生物学家沃森和英国物理学家克里克首先提出的，他们因此而获得诺贝尔奖。今天就让我们重温他们的研究历程，构建DNA模型，分析DNA的结构特点。中关村DNA雕塑2复习
4、导入提问：(1)生物为什么能够进行遗传？(2)生物主要的遗传物质是什么？学生回答。点拨：(1)因为具有遗传物质核酸。(2)DNA。过渡：DNA为什么能够行使这样的功能呢？我们知道结构与功能是相适应的，要行使这样的功能就必须具备一定的独特的结构，那么，DNA具备怎样的结构才能行使这样的功能呢？推进新课学习目标一：DNA双螺旋结构模型的构建合作探究(展示沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的图片)阅读课本的科学史料“DNA的发现之路”，思考下列问题。思考：1.沃森和克里克利用了他人的哪些经验和科学成果？这对你理解生物科学的发展有什么启示？2他们在建构模型的过程中出现过哪些错误？他们是如何对待和纠正
5、这些错误的？ 3沃森和克里克默契配合，发现了DNA双螺旋结构的过程，作为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了你哪些启示？学生讨论回答。点拨：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
6、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。启示：科学的发展是循序渐进的过程，一项科学成果总是在不断积累、总结前人成果的基础上诞生的。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
7、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。3要善于利用他人的研究成果和经验；要善于与他人交流和沟通，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。学习目标二：DNA分子的结构DNA分子的结构模式图思考：1.观察DNA由几条链构成？这两条链的位
8、置关系如何？它们的方向一致吗？DNA具有怎样的立体结构？2DNA的基本骨架由哪些物质构成？分别位于DNA的什么部位？3什么是碱基互补配对原则？碱基对位于DNA的什么位置？4脱氧核苷酸的三个组成成分是怎样连接起来的？脱氧核苷酸之间是如何连接的？ 学生回答。点拨：1.DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。2DNA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。3DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定规律：A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对；G(鸟嘌呤)一定与C(胞嘧啶)配对，这就是碱基互补配对原则。碱基(对)排列在内侧。过渡：下面
9、我们根据DNA分子结构的主要特点，开始动手制作DNA分子结构模型。知识拓展碱基互补配对原则有关计算的规律总结：设在双链DNA分子中一条为链，另一条为链，根据碱基互补配对原则，有：AT GCAT ATGC GC由此可以推知：1在双链DNA分子中：aAGTCbACTGc(AG)/(TC)1结论(1)：在一个双链DNA分子中，嘌呤碱基总数嘧啶碱基总数(AGTC)，各占全部碱基总数的50%。2设在双链DNA分子链中：(AG)/(TC)m则(AG)/(TC)(TC)/(AG)m因此链中：(AG)/(TC)1/m结论(2)：在一个双链DNA分子中，两条互补单链中的(AG)/(TC)的值互为倒数。3设在双链
10、DNA分子链中：ATn则：ATTAn整个DNA分子中：ATAATT(nn)/2n结论(3)：在一个双链DNA分子中，互补配对的碱基之和在两条单链中所占比例与整个DNA分子中所占比例相同。4不同生物的DNA分子中，其互补配对的碱基之和的比值(AT)/(GC)不同，代表了每种生物DNA分子的特异性。也可以作为结论(4)巩固提高1下列关于双链DNA的叙述，错误的是( )A若一条链上A和T的数目相等，则另一条链上A和T数目也相等B若一条链上A的数目大于T，则另一条链上A的数目小于TC若一条链上的ATGC1234，则另一条链上也是ATGC1234D若一条链的GT12，则另一条链的CA12答案：C详解：此
11、题考查的知识点是DNA双螺旋结构中的碱基互补配对原则，即A对T、G对C，由此推测两条链上互补碱基的数量关系是AT、GC。本题的各选项均可用此数量关系来判断。从选项C“若一条链上的ATGC1234”，可对应出另一条链是TACG1234，调整为ATGC的顺序，应等于2143。2一个DNA分子的一条链上，腺嘌呤比鸟嘌呤多40%，两者之和占DNA分子碱基总数的24%，则该DNA分子的另一条链上，胸腺嘧啶占该链碱基数目的A44% B24% C14% D28%答案：D详解：画出DNA简图。(如右图)依题意，列出等量关系：=40%A1=1.4G1而24%A1G148联立得：A1 28依“等量代换”有：T2A
12、128，即胸腺嘧啶占该链碱基数目的28%。学习目标三：制作DNA分子双螺旋结构模型介绍制作DNA分子模型用的各种零件所代表的物质：球形塑料片代表磷酸；双层五边形塑料片代表脱氧核糖；4种不同颜色的长方形塑料片代表4种不同碱基。制作模型顺序：制作脱氧核苷酸模型制作多核苷酸长链模型制作DNA分子平面结构模型制作DNA分子的立体结构(双螺旋结构)。1制作脱氧核苷酸模型：按照每个脱氧核苷酸的结构组成，挑选模型零件，组装成若干个脱氧核苷酸。2制作多核苷酸长链模型：按照一定的碱基排列顺序，将若干个脱氧核苷酸依次穿起来，组成一条多核苷酸长链。在组装另一条多核苷酸长链时，方法相同，但要提醒学生注意两点：一是两条
13、长链的单核苷酸数目必须相同；二是两条长链并排时，必须保证碱基之间能够相互配对，不能随意组装。这是实验成败的关键所在。3制作DNA分子平面结构模型：按照碱基互补配对的原则，将两条多核苷酸长链互相连接起来。4制作DNA分子的立体结构(双螺旋结构)：把DNA分子平面结构旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋结构模型。强调制作模型时应注意的问题：(1)严格按照实验操作程序，按结构层次从小到大，从简单到复杂依次完成。(2)制作脱氧核苷酸长链模型时，要注意三点：两条长链中核苷酸的个数必须相同；两条长链并排时，必须保证碱基之间能够相互配对；两条长链走向要相反。(3)旋转平面结构成立体结构时，如发现某结构部
14、件有扭曲现象，应予以矫正。(4)整个制作过程，各零件之间的连接应保持足够的牢固性，以免旋转时零件脱落。巩固提高在制作DNA双螺旋结构模型时，各“部件”之间需要连接。下列连接中，错误的是 ( )答案：B详解：DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子。脱氧核苷酸的化学组成包括磷酸、碱基和脱氧核糖，三者之间的连接如选项A所示。DNA分子是由两条链组成的，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。具体连接如选项C、D。选项B中的连接方式是磷酸和磷酸连接，因此是错误的。 课堂小结沃森和克里克利用了他人的经验和科学成果构建了DNA分子的双螺旋结构模型。每个DNA分子由两条多脱氧
15、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AT、GC，通过氢键连接成碱基对。第2节 DNA分子的结构1DNA双螺旋结构模型的构建(沃森和克里克)2DNA的结构特点两条长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架，排列在外侧，碱基成对排列在内侧碱基互补配对原则：碱基配对有一定的规律：AT、GC3制作DNA分子双螺旋结构模型制作顺序：制作脱氧核苷酸模型制作多核苷酸长链模型制作DNA分子平面结构模型制作DNA分子的立体结构(双螺旋结构)教学反思这一课题中的内容实际上是涉及分子水平的遗传学问题。有些知识因为仅仅是结论就显得很抽象枯燥，如果结合科学
16、研究的过程来介绍就可以较好地解决这些问题。教师在教学过程中要特别注意：科学发现和科学研究的过程应该成为有关知识教学的载体和科学方法、科学素质培养的素材。一定要做到两条主线并行，不要有所偏废。DNA分子的结构对学生来说，具有一定的抽象性。从一开始就吸引学生对DNA分子的注意力、调动学生学习的积极性的方法相当重要。在教材中，有比较详细的关于沃森、克里克提出DNA分子的双螺旋结构模型的资料，选用这部分资料向学生讲述DNA分子双螺旋结构的发现过程，不仅可以让学生了解DNA分子双螺旋发现的历史，吸引学生对DNA分子结构的学习，还能对学生进行科学研究方法和过程的教育，体现了新教材的科学素养理念。在对蛋白质的学习中，学生已经掌握了氨基酸形成蛋白质的路径，即氨基酸肽链蛋白质。同样是大分子的DNA，它的形成也有相似的路径：脱氧核苷酸脱氧核苷酸链DNA。用蛋白质形成的模式套用在DNA形成的教学中，通过比较，可以让学生了解到大分子的形成在结构上所具有的共通性，在分子组成、基本单位及空间结构上的差异。由里到外，由浅到深，逐步发散，帮助学生构建DNA分子形成的网络知识系统，达到掌握主干知识的目标。从这一课题开始所介绍的内容实际上都是围绕遗传物质的基本特点而展开的，教师要注意在相应内容结束时及时“点题”。
