人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第2节 DNA的结构学案设计

3.2  DNA的结构学案

                                                          班级_________姓名_________

学习目标

1.概述DNA结构的主要特点。

2.通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的交流和讨论，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。

3.制作DNA结构双螺旋结构模型。

【基础学习】

一、DNA双螺旋结构模型的构建

1.构建者：沃森和克里克

克里克:物理学家,对X射线晶体衍射图谱的分析十分熟悉。能够帮助沃森理解晶体学原理。

沃森:生物学家，可以帮助克里克理解生物学的内容。

2.构建过程：

资料1：20世纪30年代，科学家认识到：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基。但是不清楚这4种脱氧核苷酸是如何构成DNA的。

资料2：1951年11月，英国生物物理学家威尔金斯（M.Wilkins）和同事富兰克林（R.E.Franklin）应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。

沃森和克里克据此搭建出很多种不同的DNA双螺旋和三螺旋结构模型，但都被否定了。

资料3：二战后，科学家利用电子显微镜测定了DNA分子的直径约为2nm。相邻两核苷酸间距相等，并得出DNA是双链的结论，且两条链相互平行。

资料4：DNA外部为溶液环境，碱基具有疏水性，磷酸和脱氧核糖具有亲水性。所以碱基排列着内部，磷酸和脱氧核糖排列在外侧。

资料5：1952年，奥地利生物化学家查哥夫（E.Chargaff）发现：在DNA中，腺嘌呤的量等于胸腺嘧啶的量；鸟嘌呤的量等于胞嘧啶的量。

查哥夫法则：在DNA中，

腺嘌呤(A)的量=胸腺嘧啶(T)的量；

鸟嘌呤(G)的量=胞嘧啶(C)的量。

富兰克林发现，将DNA晶体翻转180度获得的X射线衍射图仍然是一样的。沃森与克里克认为：DNA两条链是反向排列的。

重建模型：让A与T配对、G与C配对

形成DNA双螺旋结构

讨论.1.请你根据资料回答有关DNA结构方面的问题。

（1）DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？

两条链构成，按反向平行方式盘旋成双螺旋结构

（2)DNA 的基本骨架是由那些物质组成的？他们分别位于DNA的什么部位？

DNA 的基本骨架包括脱氧核糖和磷酸，它们排列在DNA的外侧

（3）DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？

DNA 中的碱基通过氢键连接成碱基对。它们位于DNA的内侧。碱基配对有一定规律：A一定与T配对，G一定与C配对。

2.沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的双螺旋结构，是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予你那些启示？

①要善于利用他人的研究成果和经验；

②要善于与他人交流、合作，闪光的思想是在交流与碰撞中获得的；

③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。

二、DNA的结构

DNA双螺旋结构的主要特点：

❊DNA的两条单链按                  方式盘旋成双螺旋结构。

❊DNA中的              和        交替连接，排列在         侧，构成             ；碱基排列在           侧。

❊两条链上的碱基通过       连接成碱基对，并且碱基配对具有一定规律：A一定与      配对，G一定与       配对。碱基之间的这种一一对应的关系，叫作                          。

数量关系：

❊每个DNA的片段中,游离的磷酸基团有2个。

❊A-T间有2个氢键,G-C间有3个氢键。氢键越多，结合力越强。G和C的含量越多，DNA的结构就越稳定。

❊脱氧核糖数=磷酸数=含氮碱基数

位置关系：

❊单链中相邻碱基：通过脱氧核糖一磷酸一脱氧核糖连接

❊互补链中相邻碱基:通过氢键相连

归纳：DNA分子结构的“五、四、三、二、一”

五种元素：                                  

四种碱基：                  ，构成相应的有四种脱氧核苷酸

三种物质：                                  

两条长链：两条          平行的脱氧核苷酸链

一种螺旋：规则的               结构

三、探究•实践：制作DNA双螺旋结构模型

某同学想制作一段具有10对碱基对的DNA片段模型，他在准备材料时至少需要：

(1)代表磷酸的球形塑料片几个？

(2)代表四种碱基的长方形塑料片几个？

(3)代表脱氧核糖的五边形塑料片几个？ 

(4)可组装出几种该DNA片段模型？

在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对。该DNA分子的碱基排列方式有多少种可能？

在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，假如其中腺嘌呤有500个。该DNA分子的碱基排列方式还是44000种可能吗？             

拓展计算

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。则在DNA双链中： A = T ， G = C

①嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数

②双链DNA分子中A+T/G+C等于其中任何一条链的+T/G+C。

③双链DNA分子中，互补的两条链中A+G/T+C互为倒数。

【巩固练习】

1、某双链DNA分子的碱基中，鸟嘌呤占30%，则胸腺嘧啶为__20%___

2、一个DNA分子的碱基中，腺嘌呤占20%，那么在含有100个碱基对的DNA分子中，胞嘧啶应

是__60个___

3、 DNA分子的一条单链中，A=20%，T=22%，求整个DNA分子中G=  29%   

4、已知1个DNA分子中有1800个碱基对，其中胞嘧啶有1000个，这个DNA分子中应含有的脱氧核苷酸的数目和腺嘌呤的数目分别是（  C  ）     

A．1800个和800个 

B．1800个和l800个

C．3600个和800个   

D．3600个和3600个

5、已知在DNA分子中的一条单链(A+G)/(T+C)= m 时,求:

(1)在另一互补链中这一比例是多少?  1/m

(2)这个比例关系在整个分子中又是多少?   1 

当在一单链中,如果(A+T)/(G+C)= n 时,求:

(3)在另一互补链中这一比例是多少?  n 

(4)这个比例在整个DNA分子中又是多少?  n