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2019-2020年高中生物 DNA分子的結構 第2課時示范教案 新人教版 ●教學過程 ［課前準備］ 教師準備制作DNA雙螺旋結構模型的實驗材料；學生預習模型建構的原理及方法。 ［情境創(chuàng)設］ 已經(jīng)知道DNA是主要的遺傳物質(zhì)，它能使親代的性狀在子代表現(xiàn)出來。那么，DNA為什么能起遺傳作用呢？它有哪些結構特點能使其表現(xiàn)出這樣的作用？ ［師生互動］ 1953年，沃森和克里克提出了著名的DNA雙螺旋結構模型，為合理地解釋遺傳物質(zhì)的各種功能奠定了基礎。為了理解DNA的結構，先來學習DNA的化學組成。 （1）DNA的化學組成 問：組成DNA的基本單位是什么？這樣的共識在雙螺旋結構建立以前有的還是建立之后才有的？ 答：組成DNA的基本單位是脫氧核苷酸，它由一個脫氧核糖、一個磷酸和一個含氮堿基組成。這樣的共識在1950年前后就有了，所以是在雙螺旋結構建立之前就有的。 問：每個基本單位由哪三部分組成？ 答:每個脫氧核苷酸由一分子脫氧核糖、一分子含氮堿基和一分子磷酸組成。 問：組成DNA的堿基有哪幾種？脫氧核苷酸呢？DNA的每一條鏈是如何組成的？ 答：組成DNA的堿基有四種：腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）；有四種脫氧核苷酸：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。DNA的每一條鏈由四種不同的脫氧核苷酸聚合而成多脫氧核苷酸鏈。 觀察模型，分析問題： 問：DNA分子是這幾種脫氧核苷酸連接在一起就可以了嗎？ 答：不可以。DNA分子具有特定的空間結構。 問：是由幾條鏈構成的？ 答：由兩條鏈構成。且這兩條長鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構。 問：每條鏈的連接有什么特點？ 答：脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在DNA分子的外側，構成基本骨架，堿基排列在內(nèi)側。 問：兩條鏈之間的連接方式是怎樣的？ 答：兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，且堿基配對有一定的規(guī)律：A—T、G—C（A一定與T配對，G一定與C配對）。 問：如果知道一條鏈上堿基的排列順序，能不能判斷出整條DNA的堿基順序？ 答：DNA一條鏈上的堿基排列順序確定了，根據(jù)堿基互補配對原則，另一條鏈上的堿基排列順序也就確定了。同樣也就是知道整條DNA的堿基順序。 學生動手： 為鞏固DNA立體結構的有關知識，加深對DNA分子結構特點的理解，此時應讓學生做模型建構。 一、實驗原理 DNA分子具有特殊空間結構——規(guī)則的雙螺旋結構。這一結構的主要特點是： 1.DNA分子由兩條反向平行的脫氧核酸長鏈盤旋而成，每條長鏈是由脫氧核糖與磷酸交替連接形成，排列在外側，構成基本骨架； 2.DNA分子兩條鏈上堿基以氫鍵連接成對，堿基對位于螺旋結構內(nèi)側，每螺距有10對堿基。 二、目的要求 1.通過制作DNA雙螺旋結構模型，加深對DNA分子結構特點的理解和認識；培養(yǎng)學生團結合作的精神。 2.通過集體創(chuàng)作DNA分子模型，能使學生體會到成功的喜悅，培養(yǎng)學生克服困難的勇氣。 三、制作過程 1.材料準備（教師組織學生課前完成） 每小組準備硬塑方框2個（長約10 cm），細鐵絲2根（長約0.5 m），球形塑料片（代表磷酸）若干，雙層五邊形塑料片（代表脫氧核糖）若干，4種不同顏色的長方形塑料片（代表4種不同堿基）若干，粗鐵絲2根（長約10 cm），訂書釘。 熟悉制作DNA分子模型用的各種零件所代表的物質(zhì)。其中： 球形塑料片——代表磷酸； 雙層五邊形塑料片——代表脫氧核糖； 4種不同顏色的長方形塑料片——代表4種不同堿基。 2.具體制作過程 教師板書制作模型順序： 制作脫氧核苷酸模型→制作多核苷酸長鏈模型→制作DNA分子平面結構模型→制作DNA分子的立體結構（雙螺旋結構）。 指導學生制作： 從基本組成物質(zhì)磷酸、脫氧核糖、含氮堿基的代表物開始，通過訂書針連接成“基本單位——脫氧核苷酸”模型，然后把脫氧核苷酸模型按一定的堿基順序依次穿在鐵絲上構成一條DNA鏈，同樣方法制作另一條，再按堿基互補配對方式用訂書針連成兩條鏈，將連好的兩條鏈固定在硬塑方框上，最后旋轉。 3.實驗效果檢查與評定 由每小組選一個代表介紹本小組的作品并說明DNA分子結構特點： （1）DNA分子是由兩條鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結構。 （2）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(nèi)側。 （3）DNA分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對。并且堿基配對有一定規(guī)律：A（腺嘌呤）一定與T（胸腺嘧啶）配對；G（鳥嘌呤）一定與C（胞嘧啶）配對。 老師與其他同學給予評價。 參考評選條件： 1.科學性 能夠體現(xiàn)DNA分子結構的特點。包括DNA分子各個組件的比例是否科學，能否體現(xiàn)出堿基配對的情況，能否靈活轉動成雙螺旋，以及每個螺旋中的堿基數(shù)目是否正確等等。 2.藝術性 要美觀大方。 3.實用性 便于拆卸，便于保存，能夠反復使用。 4.超前性 利用該模型還可以作為DNA分子復制的適宜模型。 ［教師精講］ （1）DNA分子是由兩條平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋而成的；（2）DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側；（3）堿基排列在內(nèi)側，兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接起來，形成堿基對， A與T之間以雙鍵相連，C與G之間以三鍵相連。這些連接特點使得DNA在結構上具有以下的特點：（1）穩(wěn)定性（從兩個角度看它的相對穩(wěn)定性：①DNA都是由磷酸連接著脫氧核糖；②堿基互補配對）；多樣性（DNA分子的多樣性由DNA上的堿基對的排列順序及DNA本身的空間結構所決定）；特異性（對所有的DNA分子來說表現(xiàn)為多樣性，但對每一種DNA分子來說，有其特定的脫氧核苷酸排列順序，從而顯示出單個的獨特性）。 ［評價反饋］ 1.某生物細胞DNA分子的堿基中，腺嘌呤的分子數(shù)占18％，那么鳥嘌呤的分子數(shù)占 A.9％ B.18％ C.32% D.36％ 解析：腺嘌呤占18%，那么胸腺嘧啶也占18%，鳥嘌呤和胞嘧啶共占有100%－218%=64%，且兩者含量相等，所以各占32%。 答案：C 2.根據(jù)堿基互補配對原則，在A≠G時，雙鏈DNA分子中，下列四個式子中正確的是 A.≠1 B. =1 C.=1 D. =1 解析：DNA中，A=T，G=C，所以A+G=T+C。 答案：B 3.分析一個DNA分子時，其一條鏈上=0.4，那么它的另一條鏈和整個DNA分子中的比例分別是 A.0.4和0.6 B.2.5和0.4 C.0.6和1.0 D.2.5和1.0 解析：一條鏈上A的個數(shù)等于對應鏈上的T的個數(shù)，一條鏈上G的個數(shù)等于對應鏈上C的個數(shù)，所以一條鏈＝0.4時，對應鏈上的關系為該鏈的比值的倒數(shù)，即2.5。整條鏈上A+C=T+G，所以它的比值為1。 答案：D 4.下列不是DNA結構特征的是 A. DNA雙鏈極性反向平行 B.堿基按嘌呤與嘧啶，嘧啶與嘌呤互補配對 C. DNA分子排列中，兩條長鏈上的脫氧核糖與磷酸排列千變?nèi)f化 D. DNA螺旋沿中心軸旋移 解析：DNA兩條鏈上脫氧核糖與磷酸的排列是交替排列、固定不變的。 答案：C 5.若DNA分子中一條鏈的堿基物質(zhì)的量比為A︰C︰G︰T＝1︰1.5︰2︰2.5，則其互補鏈中嘌呤堿基與嘧啶堿基的物質(zhì)的量比為 A.5︰4 B.4︰3 C.3︰2 D.5︰2 解析：一條鏈的A︰C︰G︰T＝1︰1.5︰2︰2.5，則對應鏈上嘌呤數(shù)為C+T=4，對應鏈上嘧啶數(shù)為A+G=3，所以比值為4︰3。 答案：B 6.關于DNA的描述錯誤的是 A.兩條鏈是平行排列的 B.DNA雙鏈的互補堿基對之間以氫鍵相連 C.每一個DNA分子由一條多核苷酸鏈纏繞形成 D.兩條鏈的堿基以嚴格的互補關系配對 解析：每一個DNA分子是由兩條鏈按雙螺旋方式盤旋而成的，而不是一條鏈纏繞而成。 答案：C ［課堂小結］ 這節(jié)課在學習DNA結構的基礎上來制作它的模型。 從知識結構角度來說，一要加深對DNA分子化學組成的理解，二要掌握DNA分子結構的立體構型及特點。 從實驗過程角度來說，一要理解各組成物質(zhì)如何形成脫氧核苷酸長鏈；二要理解掌握堿基互補配對原則如何進行；三要掌握一種常見的科學研究方法——模型建構法。 ［布置作業(yè)］ P51一、基礎題1；二、拓展題。 ［課后拓展］ 查資料找答案： 1.堿基配對時，為什么嘌呤堿不與嘌呤堿或嘧啶堿不與嘧啶堿配對呢？ 這是由于嘌呤堿是雙環(huán)化合物（畫出雙環(huán)），占有空間大；嘧啶堿是單環(huán)化合物（畫出單環(huán)），占有空間小。而DNA分子的兩條鏈的距離是固定的，只有雙環(huán)化合物和單環(huán)化合物配對才合適。 2.為什么只能是A—T，G—C，不能是A—C，G—T呢？ 這是由于A與T通過兩個氫鍵相連，G與C通過三個氫鍵相連，這樣使DNA的結構更加穩(wěn)定，所以，A與T或G與C的物質(zhì)的量比例均為1∶1。 ●板書設計 2.DNA分子的結構 （1）化學組成 （2）基本單位 ①兩鏈反向平行盤旋 （3）雙螺旋結構 ②脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側，構成基本骨架 ③堿基排列在內(nèi)側，兩條鏈上堿基通過氫鍵相連 4.堿基互補配對原則