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《DNA分子的结构》教学设计
课题
第二节
DNA分子的结构
单元
第一章
学科
生物
年级
高一
学习目标与核心素养
概述DNA分子是由四种脱氧越符酸构成，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。阐明DNA分子作为遗传物质所具有的特征，形成结构与功能观，认识生物的统一性和复杂性。通过分析
DNA分子模型的建立过程及构建DNA
双螺旋结构模型的活动，体验模型与建模的科学思维方法。1.文化基础：阐明DNA的双螺旋结构及功能。2.自主发展：阐明DNA分子作为遗传物质所具有的特征，认识生物的统一性和复杂性。3.社会参与：阐述DNA的双螺旋结构及功能，形成结构与功能观。
重点
阐述DNA的双螺旋结构及功能，形成结构与功能观。
难点
阐述DNA的双螺旋结构及功能，形成结构与功能观。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
播放视频《DNA分子的结构》科学家发明了一项以DNA为介质的数据存储新技术。与现有的各类存储介质相比，DNA
能够储存更多的信息。DNA
作为生物的遗传物质，能够携带大量控制生物生长、发育和繁殖的遗传信息，这是由
DNA
分子的特定结构决定的。提出问题为什么
DNA分子特定的结构适合于储存遗传信息?遗传信息以什么形式储存在
DNA分子上?
DNA分子是如何保证遗传信息稳定保存的?
课前查阅资料，观看视频《DNA分子的结构》，初步了解DNA分子的结构，提出问题，分析问题。
通过观看视频，让学生初步了解DNA分子的复制，提出社会热点问题，联系生活实例，激发学生的学习兴趣。
讲授新课
一、DNA
分子由四种脱氧核苷酸构成1.科学家用
DNA酶处理
DNA
得到________，即
DNA由
_____________构成。2.每个脱氧核苷酸由一分子__________、一分子____________和一分子____________结合而成，含氮碱基与磷酸基团分别连接在脱氧核糖上。3.组成脱氧核苷酸的含氮碱基有4种，分别是________________（A）、___________（G）、_____________（C）和________________（T）。4.由于所含碱基不同，脱氧核苷酸也就有
_________种，分别是腺嘌呤脱氧核苷酸、_______________________、胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。5.DNA
分子就是由____________以一定的顺序聚合形成的______________________。二、DNA分子具双螺旋结构1.DNA
分子是由
_____________按一定顺序连接而成的生物大分子，具有特定的_______，能够储存_______________。2.经典再现：DNA
分子结构模型的建立【资料1】英国女科学家富兰克林（R.
Frankln）运用X射线衍射技术研究
DNA结构时，于1951年获得了一幅衍射图像。这幅图对建立
DNA分子的结构模型起到了至关重要的作用。【资料2】
20世纪
40年代，科学家发现不同物种的
DNA
分子中碱基数目及比例有差异，但同一生物体内不同细胞的
DNA分子中碱基数目及比例相同。表1-1是当时测定的几种生物
DNA分子中4
种碱基的数量关系。到50年代，科学家已确定，在
DNA分子中，碱基A的数量等于碱基T的数量，碱基G的数量等于碱基
C的数量。【资料3】美国科学家沃森（J.Watson）和英国科学家克里克（F.Crick）以富兰克林等人提供的
DNA衍射图像的有关数据为依据，推算出
DNA分子呈螺旋结构。他们尝试构建了各种不同的结构模型，但很快就被否定。直到1952
年，他们从其他科学家那里了解到
DNA
分子中碱基数量的规律，才终于成功构建了DNA双螺旋结构模型，并于1953年在英国《自然》杂志上发表，论文标题为"核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型"。分析讨论通过以上资料，你认为现代科学的发展具有哪些特点?提示：本文对现代科学技术发展的特点和趋势进行了初步分析，科学技术正在呈现出前所未有的加速发展、社会化和数学化的特点，以及科学的整体化、技术的综合化、科学技术与社会经济一体化等趋势，探讨现代科学技术的发展趋势，对于寻求科学技术发展的路径和机遇，从而推动科学技术和社会的发展具有重要意义.
2.表1-1显示出
DNA分子中各种碱基的数目比例有什么规律?如何解释这种规律?提示：在不同生物的DNA中A+G/T+C的比例等于1，不同生物体内的A+T/G+C比例不同，生物DNA中A=T,G=C。DNA严格遵循碱基互补配对原则。3.若2个生物的DNA中碱基数（A+T）/（G+C）值相同，能说明它们是同种生物吗?
4.
依据
DNA
分子结构模型，思考一下
DNA分子作为遗传物质具有哪些特征。提示：即使A+T/G+C比例相同，也不能说明是同一种生物，碱基的排列顺序不同。4.依据
DNA分子结构模型，思考一下
DNA分子作为遗传物质具有哪些特征。提示：稳定性：双螺旋结构，两条链之间有氢键相连(A、T之间两根氢键，G、C之间三根氢键)。多样性：假设一条DNA有n个碱基对，那么这个DNA有4'种序列。特异性：自然状态下，不同物种、不同个体之间，DNA的序列一般不尽相同。3.DNA
双螺旋结构模型的主要特点（1）DNA分子通常由______________的_________长链形成________;（2）双螺旋结构中，_____________________交互连接形成的长链排列在分子外侧，构成
DNA
分子的__________，_____________位于双螺旋结构的内侧;（3）碱基对之间通过________相连，并遵循_________________，即腺嘌呤与胸腺嘧啶互补配对，鸟嘌呤与胞嘧啶互补配对。5.阅读空间：DNA空间结构的多样性（1）科学家构建的
DNA
双螺旋模型，指的是
2
条___________所形成的_________。(2)在真核生物中，此双螺旋结构多是____________________的，并且细胞核中的
DNA
与组蛋白等组成_________________;在原核生物中DNA常为_______________，且不与_____________结合成染色质;少数病毒还具有________________。 四、DNA分子的特性(1)多样性：DNA分子碱基对的排列顺序千变万化。一个最短的DNA分子也有4000个碱基对，可能的排列方式就有44000种。(2)特异性：每个DNA分子具有特定的碱基排列顺序不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱基对的排列顺序肯定不同。(3)稳定性：两条多核苷酸链的主干是稳定不变的，两条链上的碱基之间通过氢键互补配对，相互制约。碱基互补配对原则应用设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。则在DNA双链中：
A
=
T
，
G
=
C①嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数A+G=T+C=50%
即A+G/T+C=1②双链DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一条链的A+T/G+C。
③一个双链DNA分子中，两条链中A+G/T+C互为倒数。
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是整个DNA分子A+T的一半。三、学业检测与巩固练习1.经过多位科学家的研究，人们终于揭开了遗传物质DNA结构的神秘面纱。下列关于
DNA
分子结构的叙述，正确的是（
B
）。A.
每一个脱氧核糖均连接有
2个磷酸基团
B.碱基对一定是由一个嘌呤和一个嘧啶构成
C.2
条链中嘌呤碱基的数目相同
D.不同的
DNA
分子中碱基的种类不同2.下图为某同学在学习DNA的结构后画的DNA片段（其中O表示磷酸基团），另外几位同学对其进行了评价，其中正确的是（
C
)A.
该图没有物质和结构上的错误B.该图有一处错误，就是碱基U应改为T
C.该图有
3处错误，其中核糖应改为脱氧核糖
D.
如果说他画的是
RNA双链，则该图就是正确的3.DNA作为生物的主要遗传物质，其特定的分子结构决定了它能携带大量遗传信息。假设某
DNA
分子的2条链分别为m链和n链（1）若在m
链中，（A+G）/（T+C）=a。则在n链中，这种比例是____________，在整个
DNA
分子中，这种比例是_______。（2）若在m链中，（A+T）/（G+C）=b。则在n链中，这种比例是________，在整个
DNA
分子中，这种比例是_______________。
【学习活动一】学生阅读课本，分析DNA的基本单位脱氧核苷酸，带着问题，阅读课文，回答问题。小组讨论，分析资料，再现DNA分子结构模型。小组讨论，回答相关问题。【学习活动二】学生阅读，分组讨论，分析DNA
双螺旋结构模型的主要特点。【学习活动三】学生阅读，分组讨论，概括DNA分子的特性。根据所学，完成相关练习
带着问题，通过阅读，了解图解，分析DNA的基本单位脱氧核苷酸，培养学生获取信息的能力，加深学生对DNA结构的认识，激发学生的科学研究的兴趣。分组辩论，引导学生通过资料证据分析DNA基本机构，合乎逻辑的推理判断，培养学生获取信息的能力，锻炼学生的语言表达能力，提高学生分析问题，解决问题的能力。提高学生分析问题解决问题能力。使学生对DNA双螺旋结构模型更加直观、深入了解，树立DNA模型构建相关知识的意识，体验模型与建模的科学思维方法。阐明DNA分子作为遗传物质所具有的特征，让学生形成结构与功能观，认识生物的统一性和复杂性。回顾旧知，巩固和应用所学知识。
课堂小结
1.DNA
由
4
种脱氧核苷酸构成。每个脱氧核苷酸由一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基和一分子磷酸结合而成，含氮碱基与磷酸基团分别连接在脱氧核糖上。2.组成脱氧核苷酸的含氮碱基有4种，分别是腺嘌呤（
A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）3.DNA
分子是由
4
种脱氧核苷酸按一定顺序连接而成的生物大分子，具有特定的空间结构，能够储存遗传信息。4.DNA
分子通常由2条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构;5.双螺旋结构中，脱氧核糖和磷酸交互连接形成的长链排列在分子外侧，构成
DNA
分子的骨架，碱基对位于双螺旋结构的内侧;6.碱基对之间通过氢键相连，并遵循碱基互补配对原则，即腺嘌呤与胸腺嘧啶互补配对，鸟嘌呤与胞嘧啶互补配对
板书
DNA分子的结构DNA分子由四种脱氧核苷酸构成一个磷酸、一个脱氧核糖、一个含氮碱基A、T、C、G二、DNA分子具有双螺旋结构反向平行双螺旋、碱基互补配对原则
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第二节
DNA分子的结构
沪科版
高中生物
学习目标
概述DNA分子是由四种脱氧越符酸构成，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。
阐明DNA分子作为遗传物质所具有的特征，形成结构与功能观，认识生物的统一性和复杂性。
通过分析
DNA分子模型的建立过程及构建DNA
双螺旋结构模型的活动，体验模型与建模的科学思维方法。
1.文化基础：阐明DNA的双螺旋结构及功能。
2.自主发展：阐明DNA分子作为遗传物质所具有的特征，认识生物的统一性和复杂性。
3.社会参与：阐述DNA的双螺旋结构及功能，形成结构与功能观。
DNA分子的结构
提出问题
科学家发明了一项以DNA为介质的数据存储新技术。与现有的各类存储介质相比，DNA
能够储存更多的信息。DNA
作为生物的遗传物质，能够携带大量控制生物生长、发育和繁殖的遗传信息，这是由
DNA
分子的特定结构决定的。
为什么
DNA分子特定的结构适合于储存遗传信息?
遗传信息以什么形式储存在
DNA分子上?
DNA分子是如何保证遗传信息稳定保存的?
一、DNA
分子由四种脱氧核苷酸构成
1.科学家用
DNA酶处理
DNA
得到_______________________，即
DNA由
_______________________构成。
4
种脱氧核苷酸
4
种脱氧核苷酸
2.每个脱氧核苷酸由一分子_________________、一分子_______________和一分子____________结合而成，含氮碱基与磷酸基团分别连接在脱氧核糖上。
脱氧核糖
含氮碱基
磷酸
碱
基
磷酸
脱氧
核糖
3.组成脱氧核苷酸的含氮碱基有4种，分别是________________（A）、___________（G）、_____________（C）和________________（T）。
腺嘌呤
鸟嘌呤
胞嘧啶
胸腺嘧啶
5.DNA
分子就是由_______________________以一定的顺序聚合形成的______________________。
4.由于所含碱基不同，脱氧核苷酸也就有
_________种，分别是腺嘌呤脱氧核苷酸、_______________________、胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
4
鸟嘌呤脱氧核苷酸
4种脱氧核苷酸
大分子化合物
二、DNA分子具双螺旋结构
1.DNA
分子是由
_______________________按一定顺序连接而成的生物大分子，具有特定的_______________，能够储存_______________。
4
种脱氧核苷酸
空间结构
遗传信息
2.经典再现：DNA
分子结构模型的建立
英国女科学家富兰克林（R.
Frankln）运用X射线衍射技术研究
DNA结构时，于1951年获得了一幅衍射图像。这幅图对建立
DNA分子的结构模型起到了至关重要的作用。
【资料1】
DNA的X射线衍射图及富兰克林的签名
【资料2】
20世纪
40年代，科学家发现不同物种的
DNA
分子中碱基数目及比例有差异，但同一生物体内不同细胞的
DNA分子中碱基数目及比例相同。表1-1是当时测定的几种生物
DNA分子中4
种碱基的数量关系。到50年代，科学家已确定，在
DNA分子中，碱基A的数量等于碱基T的数量，碱基G的数量等于碱基
C的数量。
【资料3】
美国科学家沃森（J.Watson）和英国科学家克里克（F.Crick）以富兰克林等人提供的
DNA衍射图像的有关数据为依据，推算出
DNA分子呈螺旋结构。他们尝试构建了各种不同的结构模型，但很快就被否定。直到1952
年，他们从其他科学家那里了解到
DNA
分子中碱基数量的规律，才终于成功构建了DNA双螺旋结构模型，并于1953年在英国《自然》杂志上发表，论文标题为"核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型"。
DNA结构模型
分析讨论
提示：本文对现代科学技术发展的特点和趋势进行了初步分析，科学技术正在呈现出前所未有的加速发展、社会化和数学化的特点，以及科学的整体化、技术的综合化、科学技术与社会经济一体化等趋势，探讨现代科学技术的发展趋势，对于寻求科学技术发展的路径和机遇，从而推动科学技术和社会的发展具有重要意义.
①通过以上资料，你认为现代科学的发展具有哪些特点?
③若2个生物的DNA中碱基数（A+T）/（G+C）值相同，能说明它们是同种生物吗?
4.
依据
DNA
分子结构模型，思考一下
DNA分子作为遗传物质具有哪些特征。
②表1-1显示出
DNA分子中各种碱基的数目比例有什么规律?如何解释这种规律?
提示：在不同生物的DNA中A+G/T+C的比例等于1，不同生物体内的A+T/G+C比例不同，生物DNA中A=T,G=C。DNA严格遵循碱基互补配对原则。
提示：即使A+T/G+C比例相同，也不能说明是同一种生物，碱基的排列顺序不同。
④依据
DNA分子结构模型，思考一下
DNA分子作为遗传物质具有哪些特征。
提示：稳定性：双螺旋结构，两条链之间有氢键相连(A、T之间两根氢键，G、C之间三根氢键)。多样性：假设一条DNA有n个碱基对，那么这个DNA有4'种序列。
特异性：自然状态下，不同物种、不同个体之间，DNA的序列一般不尽相同。
3.DNA
双螺旋结构模型的主要特点
（3）碱基对之间通过________相连，并遵循______________________，即腺嘌呤与胸腺嘧啶互补配对，鸟嘌呤与胞嘧啶互补配对。
（1）DNA分子通常由_____________________的________________长链形成______________________;
2条碱基互补配对
反向平行
双螺旋结构
（2）双螺旋结构中，_____________________交互连接形成的长链排列在分子外侧，构成
DNA
分子的__________，_____________位于双螺旋结构的内侧;
脱氧核糖和磷酸
骨架
碱基对
氢键
碱基互补配对原则
【课堂反馈】
1．下面是DNA的分子结构模式图，说出图中1－10的名称。
1
2
3
4
5
6
7
8
10
9
G
T
C
A
1.
胞嘧啶
C
2.
腺嘌呤
A
3.
鸟嘌呤
G
4.
胸腺嘧啶
T
5.
脱氧核糖
6.
磷酸
7.
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
8.
碱基对
9.
氢键
10.
一条脱氧核苷酸链的片段
4.构建
DNA双螺旋结构模型
(2)在真核生物中，此双螺旋结构多是____________________的，并且细胞核中的
DNA
与组蛋白等组成_________________;在原核生物中DNA常为_______________，且不与_____________结合成染色质;少数病毒还具有________________。
5.阅读空间：DNA空间结构的多样性
（1）科学家构建的
DNA
双螺旋模型，指的是
2
条_____________________________________所形成的_____________________。
脱氧核苷酸链反向平行盘绕
双螺旋结构
线性（或链状）
染色质
环状
蛋白质
单链
DNA
四、DNA分子的特性
(1)多样性：DNA分子碱基对的排列顺序千变万化。
一个最短的DNA分子也有4000个碱基对，可能的排列方式就有44000种。
(2)特异性：每个DNA分子具有特定的碱基排列顺序
不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱基对的排列顺序肯定不同。
③稳定性：
(3)稳定性：两条多核苷酸链的主干是稳定不变的，两条链上的碱基之间通过氢键互补配对，相互制约。
碱基互补配对原则应用
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。
则在DNA双链中：
A
=
T
，
G
=
C
可引申为：
①嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数
A+G=T+C=50%
即A+G/T+C=1
A
1
T
2
T
1
A2
G
1
C
2
C
1
G
2
DNA双链
碱基互补配对原则应用
②双链DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一条链的A+T/G+C。
A
1
T
2
T
1
A2
G
1
C
2
C
1
G
2
DNA双链
A+T
G+C
A1+T1
G1+C1
A2
+T2
G2
+C2
=a
=a
=a
（互补的碱基和之比恒等）
③一个双链DNA分子中，两条链中A+G/T+C互为倒数。
A1+G1
T1
+C1
=
a
T2
+C2
A2
+G2
=
1/a
A
1
T
2
T
1
A2
G
1
C
2
C
1
G
2
DNA双链
不互补的碱基和之比互为倒数。
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是整个DNA分子A+T的一半。
A1
+T1
（A+T）
1
2
=
=
A2
+T2
A
1
T
2
T
1
A2
G
1
C
2
C
1
G
2
DNA双链
（G+C）
1
2
G1
+C1
G2
+C2
=
=
A+T
A+T+G+C
A1
+T1
+G1
+C1
A1
+T1
=
=
A2
+T2
+G2
+C2
A2
+T2
=
三、学业检测与巩固练习
1.经过多位科学家的研究，人们终于揭开了遗传物质DNA结构的神秘面纱。下列关于
DNA
分子结构的叙述，正确的是（
）。
A.
每一个脱氧核糖均连接有
2个磷酸基团
B.碱基对一定是由一个嘌呤和一个嘧啶构成
C.2
条链中嘌呤碱基的数目相同
D.不同的
DNA
分子中碱基的种类不同
B
2.下图为某同学在学习DNA的结构后画的DNA片段（其中O表示磷酸基团），另外几位同学对其进行了评价，其中正确的是（
)
A.
该图没有物质和结构上的错误
B.该图有一处错误，就是碱基U应改为T
C.该图有
3处错误，其中核糖应改为脱氧核糖
D.
如果说他画的是
RNA双链，则该图就是正确的
C
3.DNA作为生物的主要遗传物质，其特定的分子结构决定了它能携带大量遗传信息。假设某
DNA
分子的2条链分别为m链和n链
（1）若在m
链中，（A+G）/（T+C）=a。则在n链中，这种比例是____________，在整个
DNA
分子中，这种比例是______________。
（2）若在m链中，（A+T）/（G+C）=b。则在n链中，这种比例是____________，在整个
DNA
分子中，这种比例是_______________。
1/a
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b
b
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