DNA的分子结构教案

1、DNA的分子结构教案学习目标：知识目标：概述DNA分子结构的主要特点 能力目标：制作DNA双螺旋结构模型，培养科学思维及动手能力 情感目标：体验结构模型的构建历程，感悟科学研究中蕴含的科学思想和科学态度教学重难点：DNA分子结构的重要特点碱基互补配对原则课程类型：新课教学方法：讲授法，演绎法教学用具与媒体：PPT，教鞭教学设计与教学内容： 在上一节课呢我们学习了有关遗传物质的探索，通过肺炎双球菌的转化实验，t2噬菌体的侵染实验，我们知道了DNA是主要的遗传物质，一部分病毒呢，如果体内只有RNA，则是以RNA作为遗传物质。这在当时已经是个十分了不起的发现了，但是科学是永无止境的，问题总是一个连着

2、一个。在知道了DNA是生物体主要的遗传物质之后，人们又想知道DNA这个结构到底长什么样？它为什么可以承载这么多的遗传信息？许许多多科学家为之投入了大量的精力，最终通过大量的实验探寻到了其中的奥秘。这就是我们今天所要学习的主要内容DNA分子的结构，在书本第47页。 我们首先来回顾一下之前必修一所学过的核酸的基础知识。DNA的中文名是脱氧核糖核酸，核酸的基本单位是核苷酸，那么脱氧核糖核酸也就是DNA的基本单位是脱氧核糖核苷酸。一分子脱氧核糖核苷酸由（教鞭指示PPT图片）一分子含氮碱基、一分子脱氧核糖以及一分子磷酸组成。含氮碱基和磷酸都连在脱氧核糖上，并且是以间位而不是临位的方式连接，就是说它们不是

3、相邻的。DNA的含氮碱基有ATGC四种，它们分别是腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶，胸腺嘧啶是DNA特有的含氮碱基，RNA特有的含氮碱基是哪一种？（提问）。教鞭指示：假设这个是脱氧核糖，一分子脱氧核糖加上一分子含氮碱基和一分子磷酸就成为脱氧核糖核苷酸，很多个脱氧核糖核苷酸通过一种特殊的化学键磷酸二酯键相连成为长链，这种长链我们称为脱氧核糖核酸。 当时的人们只知道DNA分子是以ATGC这4种脱氧核糖核苷酸为单位连接而成的长链，却不知道具体是怎样一个结构，最终揭开这个谜题的科学家是生物小王子沃森和物理小王子克里克 沃森从小到大就是一位“神童”，相当于我们现在所说的别人家的小孩，他22岁就取得了美国

4、印第安纳大学的遗传学博士学位，主攻生物化学方向。1951年春，他受邀到意大利那不勒斯参加一个有关生物大分子结构的学术会议，在这次会议上，伦敦国王学院的物理学家威尔金斯展示了DNA的X射线衍射图片，沃森看后深受启发，对DNA的结构产生了不可自拔的兴趣。于是他设法变更了自己的学习计划，来到英国剑桥大学卡文迪什实验室，并在那里遇到了刚从物理学领域转型、想在交叉学科上有所作为的生物学研究生克里克。这两个知识背景不同、相差12岁的年轻人一见如故，很快就擦出了智慧的火花，决计携手合作，确定DNA结构。在他们的研究过程中，遇到了许许多多的困难，但是他们有一位十分重要的神助攻威尔金斯。威尔金斯与他的女同事富兰

5、克林一起也在研究DNA的结构，他们有一个解答DNA结构之迷的利器X衍射装置，威尔金斯向沃森和克里克展示了由富兰克林拍摄的一张DNA X射线衍射照片。沃森克里克从中得到了很大启发，推断出DNA应该呈螺旋结构。他们首先构建出了一种模型：碱基位于螺旋的外部，很快就被否定了，他们没有气馁，又提出了一个将磷酸脱氧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，并且猜想相同的碱基会进行配对，可惜这个猜想又被化学家否定了，皇天不负有心人，又有一位神助攻出现帮助了他们一把，那就是奥地利著名生化学家查哥夫，查哥夫告诉他们在他所测定的每一种生物的DNA分子上，腺嘌呤的量总是等于胸腺嘧啶的量，鸟嘌呤的量总是等

6、于胞嘧啶的量，沃森和克里克仿佛醍醐灌顶，很快猜想出腺嘌呤是与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤是与胞嘧啶配对。他们离真相越来越近，最终研究出了DNA分子的双螺旋结构。沃森、克里克、威尔金斯在1962年一起分享了诺贝尔生理学或医学奖，本来富兰克林也应在列，可惜富兰克林英年早逝，诺贝尔奖又只颁发给在世者，所以很遗憾富兰克林没能获得这项荣誉。（PPT：这是他们当时研究双螺旋结构时的照片，这个照片十分有名啊，他们后来到了古稀之年还重新模仿了自己当时的姿势拍了这张照片，现在右边这位克里克教授已经在2004年因大肠癌去世了，据说去世之前还在修改自己的论文，左边的沃森教授仍然健在，在今年三月份还来到了中国，想要建立一个沃

7、森生命科学中心，真的是将一生都奉献给了研究工作） 根据沃森和克里克的研究成果，我们把这种两条DNA单链组合构成的螺旋结构称为DNA的双螺旋结构，我们来看一下它的主要特点。首先第一点，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。什么叫反向平行？ppt展示两个反向平行的核苷酸，一个核苷酸的O朝上，一个核苷酸的O朝下，再展示8个核苷酸，说明磷酸二酯键：由前一核苷酸的3-OH与下一位核苷酸的5位磷酸间形成，我们来看这条DNA，它左侧这条单链的这个磷酸基团只有一个脱氧核糖与之相连，右边这条单链的这个磷酸基团也只有一个脱氧核糖与之相连，而别的磷酸基团都连着两个脱氧核糖，我们就认为这

8、两个磷酸基团是游离的，并且一个DNA分子只有两个游离的磷酸基团。我们再来看，对于这一条链来说这一端游离了了一个5号位的磷酸，这一端游离了3号碳，所以这一端是它的5端，这一端是它的3端。同理这一条链这一端游离了了一个3号碳，这一端游离了一个5号位的磷酸，所以这一端是它的3端，这一端是它的5端，所以DNA的两条链是有方向的，一条链是从5到3，一条链是从3到5，两条链之间反向平行，反向平行使相邻核苷酸之间的空间位阻减小，提高DNA结构的稳定性。在平面结构上DNA分子反向平行，在立体结构上，DNA就呈现了双螺旋结构，一方面双螺旋的构象有着最低的自由能，同样对结构稳定起着重要的作用，另一方面这种双螺旋结

9、构的表面有明显的大沟和小沟，大沟和小沟是DNA分子对外展示信息和交流信息的窗口，很多生命活动都是通过特异性蛋白质在大沟里结合DNA起始的。还有大家来看，双螺旋结构比起其简单的两条直链，是不是高度上面变得矮了？这有什么意义呢？我来给大家说个科学事实，我们都知道DNA是染色体的主要结构，染色体存在于细胞核中，细胞核存在于细胞中，一般来说细胞的直径是120um，肉眼不可见，而我们的一条DNA却有4CM（手势比一下）长，如果把人类的DNA全部展开可以往返月球3000次，我们想4CM长的DNA势必要经过无数次的盘曲折叠才能被包裹在我们的细胞核中，DNA的双螺旋就是它减小自己大小的第一步。 第二点，DNA

10、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。这个脱氧核糖和磷酸交替连接构成DNA的基本骨架十分重要，它给予了DNA结构上的支撑，对内部的碱基对有一个遮蔽作用，起到保护遗传信息的功能。 第三点，两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，氢键使两条单链牢牢地结合在一起，形成双链结构，老师在这里有一个问题，这两条单链的这两个对应的碱基通过氢键相连，那么如果我们仅仅看这边的一条链，也就是DNA的一条单链上相邻的两个碱基通过什么相连？（提问，指导慢慢说出结构名称：脱氧核糖磷酸脱氧核糖）并且碱基配对有一定的规律：A一定与T配对；G一定与C配对，A与T形成2个氢键，G与C形成3个氢键

11、，碱基之间的这种一一对应的关系，叫做碱基互补配对原则。为什么会有这种特殊的配对现象呢？因为A与T，G与C的结构完美互补，并且AT碱基对与GC碱基对的长度相同使得碱基对之间可以相互平行。请学生根据一条链的碱基组成回答另一条链的碱基组成。提问：AT碱基对相对含量高的DNA分子更稳定还是GC碱基对相对含量高的DNA分子更稳定？ 我们来总结一下DNA分子的特性 首先DNA分子具有稳定性。DNA分子的双螺旋结构是相对稳定的。磷酸、脱氧核糖交替连接构成基本骨架给予DNA支撑，DNA分子双螺旋结构的内侧，通过氢键形成的碱基对A与T ；G与C，使两条脱氧核酸链稳固地并联起来。同时还有双螺旋这个稳定的空间结构

12、第二点，多样性。DNA分子中碱基排列顺序就代表了遗传信息，DNA分子由于碱基对的数量不同，碱基对的排列顺序千变万化，因而构成了DNA分子的多样性。我们来一个简单的计算，一个DNA分子第一个位置有4种选择，第二个位置4种选择。那么由四对碱基构成的DNA分子就有4的4次方256种可能，由4000个碱基对的DNA分子所携带的遗传信息是44000种，即102408种，所以DNA是具有储存遗传信息的能力的。 第三点，特异性。特异性是指每个特定的DNA分子中具有特定的碱基排列顺序,而特定的排列顺序代表着遗传信息,所以每个特定的DNA分子中都贮存着特定的遗传信息。比如说 DNA分子的结构小结：DNA的组成和结构可用五四三二一表示：五种元素：C H O N P；四种碱