师：同学们好！
生：老师好！
师：请坐。同学们，清明节是我国的传统节日。每到清明，我校都会组织同学们去平津战役纪念馆或烈士陵园参观，去祭奠英烈。在烈士陵园当中，矗立着无名烈士的墓碑。无名烈士真的无名吗？
生：不是。
师：对，是他们的名字与遗骸还不能匹配。那么随着分子生物学的不断发展，确认身份可以进行分子鉴定。大家想鉴定哪种分子比较合适呢？
生：DNA。
师：在2022年7月，我国退役军人事务部成立了国家烈士遗骸DNA鉴定实验室，为无名烈士寻亲。在首批身份确认成功的烈士当中，李延学烈士是其中之一。那为什么鉴定DNA能够为李延学烈士成功寻亲？如何寻亲？为烈士寻亲又具有怎样的意义？要解决这些问题，我们首先要清楚DNA的结构。关于DNA结构的研究，经历了漫长的历史过程。那么今天我们就依据科学史这一证据，经过推理得出结论，逐步完成任务——构建DNA的结构模型。我们回忆必修一，知道DNA是大分子，要研究它，首先要拆解它。课前我们布置了预习任务，请同学们上台展示一下预习成果。你来。
生：嗯……DNA的中文名称是脱氧核糖核酸，基本单位是脱氧核苷酸。四种基本单位分别是腺嘌呤脱氧核糖核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸、胞嘧啶脱氧核糖核苷酸、鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸。
师：对不对？对。好，我们来看，这含氮碱基与脱氧核糖相连，相连后叫做脱氧核苷，连接磷酸基团就叫脱氧核苷酸。那么我们学案当中的科学史一和二，也给出了证据，我们得出结论：DNA分子是由4种脱氧核苷酸组成。大家思考，如果仅依据脱氧核苷酸的种类，能否为李延学烈士成功寻亲？
生：不可以。
师：你来说说原因。
生：我认为不可以，因为每个人除了RNA以外，DNA都是由这四种碱基构成的，也就是说每个人的核苷酸种类都是四种，所以没有特异性，不行。
师：请坐。那么这四种核苷酸是如何连在一起的呢？嗯，我们来看科学史3，大家要找到证据，画出化学键。首先在这里给大家一个提示，来看这，五碳糖含有5个碳原子，与含氮碱基相邻的是一号碳，二号碳表示氢，代表的是脱氧。如果是羟基呢，那就是核糖。3号碳上是羟基，这是4号碳，这是什么？
生：氧。
师：5号碳在哪？在这呢，它连的是磷酸，所以我们叫它5撇磷酸，3撇羟基。好，你阅读科学史3，画出这个化学键来。我们请一位同学来上黑板画一下。
（同学上台画完）
师：好，我们来看，前面这个化学键叫什么名？
生：磷酸二酯键。
师：它是谁跟谁相连？
生：3撇上的羟基和5撇上的磷酸基团相连。
师：对，那叫3撇，5撇磷酸二酯键。那么我们知道DNA是链状结构，那到底有几条链呢？我们阅读科学史4，找到证据。
生：两条。
师：很简单的数学计算，对吧。那这两条链到底是怎么连接的呢？大家看我手中，这是两个DNA分子的模型，实际上它应该是一个立体的结构。那我们想它俩可以怎么连呢？有同学上台展示一下吗？你给大家边讲边说。
生：一种是这样的，两个都是正的，然后是碱基对碱基。嗯，然后在两个都是正的情况下，还有可能是碱基对磷酸。嗯，好，然后还有一种可能，就是磷酸对磷酸。此时要是我再把它这么倒过来，还有另外三种可能，就是这么逆向的，碱基对碱基，碱基对磷酸，磷酸对磷酸。一共有6种。
师：一共有6种，对不对？好，我们来看，他这样讲的，是不是反着的？这叫反向平行。这样呢，正正的，叫正向。好，我们来看，现在我们给出事实，脱氧核糖和磷酸是亲水的，碱基是疏水的，这个时候怎么连？
生：我觉得应该是碱基对碱基。因为在细胞的环境中，细胞大部分都是水，也就是DNA生活在有水的环境，所以它的亲水端应该在外部，疏水端应该连在里面。
师：这样有几种呢？
生：这样有两种，一种是正向，一种是反向。
师：对不对？嗯，对吧。好，这跟我们讲过的一个模型很相似，是什么？
生：磷脂双分子层。
师：对，磷脂双分子层亲水部在外侧，疏水部在内侧，非常好，是不是应该来点掌声。那么我们接下来结论，碱基在内部，蛋白质和磷酸在外侧。刚才我们说有两种连接方式，一种是正向平行，一种是反向平行，到底是哪种？看科学史，快速浏览。
生：相反方向。
师：这种反向平行，你觉得可能有什么样的好处呢？DNA是遗传物质，用反向平行可能具有什么样的好处呢？大胆地想。第四组，你来说说。
生：我猜想它可能具有稳定性。那DNA作为遗传物质，具有稳定性，有利于它稳定地遗传，有利于它功能的发挥，结构与功能相对应。
师：非常好，这也是DNA作为遗传物质的特点。那这两条链之间有碱基在内部，碱基之间是如何结合的呢？再来看科学史6和7，找到了吗？怎么说的？
生：鸟嘌呤与胞嘧啶含量相等。
师：鸟嘌呤和胞嘧啶含量相等，就是C与G一一对应，那A与T一一对应。好，我们看这里边，查戈夫研究了不同种类生物的DNA，发现A - T比例约等于1，G - C比例也约等于1，说明A - T配对，C - G配对，对不对？我们看到，像嘌呤这样的双环结构和嘧啶这样的单环结构结合在一起，就保证了DNA分子它的直径怎么样？
生：相同。
师：那DNA分子是不是更具有稳定性？
生：对。
师：好，我们得出结论，DNA是由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成，碱基在内部，脱氧核糖和磷酸在外部，且A跟T配对，C跟G配对。我们现在已经学完了DNA分子的平面结构，我们来找一位同学上黑板来构建一下你学完的这个结构应该是什么样的。
（同学上台构建）
生：因为我们刚才学到了DNA是反向平行的结构，所以如果这边是这样排的话，那应该在另外一侧，它是整个反向的对称结构。然后我们刚才学到了A和T应该是一一对应的，所以腺嘌呤对应的只能是胸腺嘧啶，胸腺嘧啶也只能对腺嘌呤，所以这边……然后这个胞嘧啶应该也只能对鸟嘌呤，所以这应该也是G，所以最后一个也只能配的是胞嘧啶。
师：缺不缺东西？连的是什么键？
生：连的是磷酸二酯键，也就是要连在五碳糖的3撇端和磷酸基团上。
师：A - T配对中间相互吸引，几个氢键？
生：A - T之间是两个，C - G之间是三个。
师：没问题吧。那一条链这边是几撇端？
生：5撇。
师：这边是3撇，这边是3撇，这边是5撇。那么我们形成了两条反向平行的链，对吧？嗯，那我们知道它的平面结构，又想它的空间结构是怎样的？来阅读课本18页，阅读完以后告诉我。
生：有螺旋。
师：什么结构？
生：螺旋结构。
师：富兰克林的X射线DNA衍射照片表明是螺旋，那DNA是几条链来着？
生：两条。
师：那就是双螺旋，双螺旋结构。那我们看到，从物理的角度来分析，看这，光线出现断点，明暗相间，表明发生了衍射。如果是X形，表明这个结构应该是螺旋结构。反过来，如果是螺旋结构，它的衍射图应该就是X形。那我们来做一个模拟实验。好，帮我把灯关一下。我用弹簧来模拟DNA的结构，用激光笔的光束来模拟X射线，我们看看能不能看到X形。同学们聚集在这一侧，可以离开座位，看那个门，别挡着门。看啊，是不是出现X形的衍射。