探究 · 活动 1-1 探讨 DNA 分子双螺旋结构的发现过程并制作模型课件-2026-2027学年高一下学期生物沪科版必修2

探究·活动：探讨DNA分子双螺旋结构的发现过程并制作模型 1 DNA分子双螺旋结构是如何发现的？ DNA分子如何携带海量的遗传信息？ 本节课的关键问题 DNA分子模型是如何制作的？ 1 2 3 2 DNA的结构 DNA指纹技术 以DNA序列比对为基础， 在DＮＡ分子水平上反映个体差异 资料1：1953年，科学家沃森（James Watson）和克里克（Francis Crick）成功搭建了ＤＮＡ分子双螺旋结构模型，并在著名的《自然》杂志发表了“核酸的分子结构（Molecular Structure of Nucleic Acids）”一文，开启了分子生物学的新纪元。 　沃森和克里克在DNA分子模型前 　发表在《自然》杂志上“核酸的分子结构”一文 一、探讨DNA分子双螺旋结构的发现过程 【课前任务】搜集ＤＮＡ分子结构模型发现过程的资料 小组学生代表分享： １.搜集方法： 　沃森专著《双螺旋》 学生回答 　　文献 　借助ＡＩ搜索生成的资料 5 ２.搜集结果： 学生作业展示 资料2：1909-1929年，科学家利文(P.A.Levene)发现，核酸可被拆解成最小单位——“核苷酸”，并证明由磷酸，五碳糖和碱基组成。发现DNA的糖是脱氧核糖，碱基是A、T、C、G四种，提出了DNA是以4个核苷酸为单位的简单聚合物。 脱氧核糖核苷酸 脱氧核糖 磷酸基团 A G C T 腺嘌呤脱氧核苷酸 鸟嘌呤脱氧核苷酸 胞嘧啶脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 两类四种 A G C T 腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶 胸腺嘧啶 碱基 资料3：1951年，科学家托德（A.Todd），设想了DNA结构的一小段，认为所有核苷酸的联系都是通过磷酸二酯键实现，这种键将一个脱氧核糖上的5号碳原子联结到相邻脱氧核糖的3号碳原子上。 两个胞嘧啶脱氧核糖核苷酸形成磷酸二酯键 A G C T ＤＮＡ单链 资料4：1950年，科学家鲍林（L.C.Pauling），发现并搭建了角蛋白的α-螺旋分子模型。 建构“模型” 沃森和克里克最早制作的DNA模型中用来代表碱基的金属片 鲍林在分子模型前 资料5：1950年，科学家富兰克林(R.E.Franklin)，利用X射线衍射法拍摄了清晰的DNA晶体X射线衍射图51号。 DNA晶体X射线图51号 DNA为螺旋形 待解决的问题： １．到底是几股螺旋，“三螺旋”还是“双螺旋”？ ２．哪些基团排列在内侧，哪些排列在外侧？ ３.　碱基之间如何连接？如何配对？ 资料6：1949年，科学家弗尔伯格（S. Furberg），提出单链DNA结构模型：碱基位于螺旋链的内侧，磷酸位于外侧，糖与相连的碱基大致垂直。 资料7：1947年，科学家格兰德（J.M.Gulland）乔丹（D.O.Jorden）, 在DNA酸碱滴定一文中的结论为：大部分碱基都能够形成与其他碱基相连的氢键。 嘌呤与嘌呤配对 嘧啶与嘧啶配对 太宽 太窄 待解决的问题： 碱基之间如何配对？ 嘌呤与嘌呤配对 嘧啶与嘧啶配对 嘌呤与嘧啶配对 资料8：1953年，科学家多诺霍（J.Donohue），主张鸟嘌呤，胸腺嘧啶以酮式构型存在 资料9：195０年，科学家夏格夫(E.Chargaff)，发现夏格夫定律：DNA样品中，A=T，C=G × 腺嘌呤（A） 胸腺嘧啶（T） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） Ａ与Ｔ形成 两个氢键 Ｇ与Ｃ形成 三个氢键 A G C T 5’ 3’ A G C T 5’ 3’ A G C T CATG 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 碱基 碱基 A G C T 5’ 3’ A G C T 5’ 3’ 磷酸基团 脱氧核糖 碱基 脱氧核糖核苷酸 两条DNA单链 多个相连 磷酸二酯键 DNA双螺旋结构 化学元素 CHONP 反向平行 碱基互补配对 氢键相连 【课上学习任务一】用文字和箭头构建DNA分子结构形成的概念模型 二.制作DNA分子模型 明确 DNA结构 根据建模要求 设计建模方案 制作 DNA分子模型 【课上学习任务二】制作DNA分子模型 建模步骤： 15 建模要求：自选合适的组件，组装出含有10对碱基（脱氧核糖核苷酸）的DNA双链模型,且其中G占30%。 1、方案设计： （1）根据建模要求，计算本组搭建DNA模型所需各种材料的数量，记录在表中。 （2）选择合适的材料模型代表各组件。 组件 A T G C 磷酸基团 脱氧核糖 连接物 数量 二.制作DNA分子模型 16 组件 A T G C 磷酸 脱氧核糖 连接物 数量 足量 材料模型 方案设计： 本组全部所需材料 建模要求：自选合适的组件，组装出含有10对碱基（脱氧核苷酸）的DNA双链模型,且其中G占30%。 学生回答 20 20 6 6 4 4 ２．制作模型 18 比较三位学生制作的ＤＮＡ分子模型： 问题１：三位同学所制作的DNA模型一样吗？为什么？ 不完全一样。 相同之处是ＤＮＡ都是双螺旋结构，不同之处是碱基排序顺序不同。 特异性 模型１ 模型２ 模型３ 比较三位学生制作的ＤＮＡ分子模型： 模型１ 模型２ 模型３ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ４ 多样性 问题２：此DNA模型有10对碱基，共有多少种排列方式？ 　　DNA一条单链每个位置上碱基可能有4种，因此十个位置上有４１０种排列方式。由于ＤＮＡ一条单链的序列就决定了另一条单链的序列，因此DNA双链的排列方式就是４１０种。 三.绝大多数生物的遗传信息蕴含在DNA结构中 问题３：人最长的一条ＤＮＡ上有多达２.５亿个碱基对，可以有多少种排列顺序？如何理解“DNA携带海量遗传信息”？ 　　４２.５亿种排列顺序。正是种类惊人的ＤＮＡ碱基序列决定了ＤＮＡ可以携带海量遗传信息，遗传信息就是以碱基序列的形式储存在ＤＮＡ分子中。 21 三.绝大多数生物的遗传信息蕴含在DNA结构中 问题４：有人认为：“遗传信息就是DNA分子上的碱基序列。”你是否认同？理由是什么？ 　　对于具有细胞结构的生物而言，遗传信息储存在ＤＮＡ上，因此遗传信息就是ＤＮＡ分子上的碱基序列；对于ＲＮＡ病毒而言，遗传信息是ＲＮＡ分子上的碱基序列。 可以说，绝大多数生物的遗传信息蕴含在DNA结构中。 DNA结构特点：稳定性、特异性、多样性 DNA指纹技术 以DNA碱基序列比对为基础， 在DＮＡ分子水平上反映个体差异 四、应用 23 碱基 碱基 A G C T 5’ 3’ A G C T 5’ 3’ 磷酸基团 脱氧核糖 碱基 脱氧核糖核苷酸 两条DNA单链 多个相连 磷酸二酯键 DNA双螺旋结构 化学元素 CHONP 反向平行 碱基互补配对 氢键相连 特点 稳定性 特异性 多样性 DNA指纹技术 应用 课堂小结 24 作业 一、完成《作业练习》1-3题 二、拓展作业（选做） 根据本节课所学，小组合作，在本学期完成一份DNA结构相关的创意作品制作，如画作、诗词、歌曲、徽章、挂件等，学期末将以海报或视频的形式在学校交流展示。 Lavf58.20.100 新录音 2 com.apple.VoiceMemos (iPhone 13 (null)) New Recording com.apple.VoiceMemos (iPhone Version 17.5.1 (Build 21F90)) Lavf58.20.100 $