DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制

1、DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制 教學(xué)目的1.理解DNA分子的結(jié)構(gòu)特點。2.理解DNA分子復(fù)制的過程和意義。3.通過學(xué)習(xí)DNA分子的結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。4.通過制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手操作能力。5通過“設(shè)同議論補充結(jié)論”的教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。教學(xué)重點DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制。教學(xué)難點DNA分子的結(jié)構(gòu)特點和DNA分子的復(fù)制過程。教學(xué)用具1.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。2.DNA分子復(fù)制過程圖解。3.自制的幻燈膠片。教學(xué)方法探究與講述相結(jié)合。教材分析本節(jié)內(nèi)容用兩課時。第一課時講DNA分子的結(jié)構(gòu)，第二課時講DNA分子的復(fù)制。利用兩課時之間的課余時間讓學(xué)生自制

2、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。為了能使學(xué)生制作成功，在第一課時多用些時間，適當(dāng)補充些有關(guān)DNA的生化知識，讓學(xué)生很好地掌握DNA“雙鏈、螺旋，平行，反向，配對”的空間結(jié)構(gòu)，為第二節(jié)DNA分子的復(fù)制的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。  第一課時引言：我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了DNA是主要的遺傳物質(zhì)及DNA作為遺傳物質(zhì)的證據(jù)。同學(xué)們已經(jīng)知道：DNA在生物傳種接代、生命延續(xù)中的重要作用。不知有沒有想過。提問：為什么DNA在生命活動中的作用如此重要？（生甲：與DNA結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)有關(guān)；生乙：與DNA可以復(fù)制有關(guān)。）教師小結(jié)：同學(xué)們回答得很好！DNA能在遺傳中起重要作用與它的結(jié)構(gòu)和功能特點有密切的關(guān)系。那么，DNA結(jié)構(gòu)如何？怎

3、樣進(jìn)行復(fù)制呢？在學(xué)習(xí)之前，我們還是來回憶一下“生命的物質(zhì)基礎(chǔ)”中的有關(guān)知識。提問：核酸有幾種？回答：核酸有兩種：核糖核酸RNA和脫氧核糖核酸DNA。提問：核酸是由哪些元素組成的？回答：核酸是由C、H、0、N、P五種元素組成的。提問：構(gòu)成核酸的基本單位是什么？回答：是核苷酸。講述：核苷酸有兩大類：一類是構(gòu)成RNA的基本單位：核糖核苷酸；另一類是構(gòu)成DNA的基本單位：脫氧核糖核苷酸。提問：在粗提取DNA的實驗中，DNA哪一個重要特性是在實驗中應(yīng)引起注意的？（回答：極易吸附于玻璃上因而不能用玻璃試管。）提問：RNA與DNA有何區(qū)別？（學(xué)生討論：略）教師小結(jié)：出示幻燈片，附表于后。講述：1953年英國

4、科學(xué)家克里克和美國科學(xué)家沃森共同提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。1.構(gòu)成DNA分子的基本單位脫氧核糖核苷酸。講述：戊糖的第二號碳原子脫去了一個氧原子，故為脫氧核糖；含N堿基與脫氧核糖的第一號碳原子間脫去一個水分子連在一起構(gòu)成一分子核苷；磷酸分子與脫氧核糖的第五號碳原子間脫去一個水分子連在一起構(gòu)成一分子脫氧核糖核苷酸；構(gòu)成脫氧核苷酸的含N堿基共有4種：嘌呤：腺嘌呤A、鳥嘌呤G；嘧啶：胞嘧啶C、胸腺嘧啶T。由此：四種含N堿基分別構(gòu)成了四種脫氧核苷酸：腺嘌呤（A）脫氧核苷酸。鳥嘌呤（G）脫氧核苷酸。胞嘧啶（C）脫氧核苷酸、胸腺嘧啶（T）脫氧核苷酸。2脫氧核苷酸間通過脫水縮合連在一起成為多核苷酸鏈。講述：上

5、一分子脫氧核苷酸的第3號碳原子脫去（OH），下一分子脫氧核苷酸的磷酸分子脫去（H），這樣脫去一分子水使兩個脫氧核苷酸連在一起。多個脫氧核苷酸通過脫水縮合便形成了脫氧核苷酸鏈（多核苷酸鏈）：外側(cè)鏈“磷酸脫氧核糖”交替排列，含N堿基連在鏈的脫氧核糖上。3.DNA分子是由兩條平行且反向的多核苷酸鏈構(gòu)成。講述：在雙核苷酸鏈的外側(cè)骨架一條為：磷脫磷脫；另一條為：脫磷脫磷；兩條鏈上的脫氧核苷酸數(shù)目相等，長度一樣，排列反向；內(nèi)部的堿基間嚴(yán)格遵循堿基互補配對原則：一條鏈上有堿基A，另一條鏈必有堿基T與其配對，一條鏈上有堿基C，另一條鏈上必有堿基G與其配對；堿基間通過氫鍵連在一起：A與T有兩個氫鍵，G與C有三個

6、氫鍵。由此，在雙鏈DNA分子中：嘧啶堿基的總數(shù)與嘌呤堿基的總數(shù)相等。AGCT。這可作為判斷單、雙鏈DNA的唯一依據(jù)。但不同生物的DNA分子中AT對和GC對的比例不同：（AT）（GC）a(不同生物a值不同）。4.DNA分子的立體結(jié)構(gòu)是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。（出示DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型）講述：在DNA分子的雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)中：共有四種堿基對：AT對、TA對、GC對、CG對。每螺旋一周一條鏈由10個脫氧核苷酸構(gòu)成，也就是有10對堿基可螺旋為一周，這樣的螺旋結(jié)構(gòu)對鏈上的脫氧核苷酸順序無任何限制。因此，DNA分子中的脫氧核苷酸的排列順序千變?nèi)f化。從四種堿基中任選三種在一條鏈上作全排列的形式就有4364種。假設(shè)一條

7、鏈上有4000個堿基，按全排列的公式推算則有多少種排列順序呢？（讓學(xué)生通過對數(shù)計算可以得出44000=102408種）這樣千變?nèi)f化的順序決定了生物界的多樣性。人類中找不到兩個人的指紋完全相同就在于此。但是，每一DNA都有其特異的脫氧核苷酸的排列順序。由此，我們完全可以通過對DNA中脫氧核苷酸序列的測定建立人的DNA檔案，鑒別人的血緣關(guān)系，為刑事案的偵破提供可靠依據(jù)，是人類基因組計劃研究的重要組成部分。由上1、2、3、4可知：DNA的結(jié)構(gòu)為：（板書）這樣嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，使DNA分子的結(jié)構(gòu)具有相對的穩(wěn)定性，從而使生命能種族延續(xù)、代代相傳遺傳。二、制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（讓學(xué)生結(jié)合上課時及教材上所講有

8、關(guān)DNA結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，自己動手制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)一步加深對DNA分子結(jié)構(gòu)特點的理解，選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，利用課余時間，每四人分成二組進(jìn)行制作。）（經(jīng)收回后檢查，有些小組制作效果不太好，存在下列問題1.堿基間距不一2.雙鏈不平行3.沒有體現(xiàn)出“反向”。4.每螺旋一周不足10個脫氧核苷酸或多于10個。但在選材上，同學(xué)們費了心思：有硬紙片，有玉米桿，有橡皮泥，還有用泥土捏制等。）（各小組就制作過程進(jìn)行充分討論，略。）教師小結(jié)：同學(xué)們討論的很好，在制作時應(yīng)該：1選材要適當(dāng)，易取，易制為好。2把嘌呤和嘧啶兩類堿基從形狀上區(qū)別開。3外側(cè)骨架“脫磷脫磷”鏈的平行和反向。4螺旋一周必須為10個核苷酸。5氫

9、鍵數(shù)目：AT對兩個，CG對三個。制作不好的各小組的同學(xué)，下課以后，不妨重新制作。能制好嗎？生：能！師：好！我和同學(xué)們一起等你們滿意而歸。提問：在制過程中，有沒有同學(xué)想到DNA是左旋，還是右旋呢？生：這個沒想過，我們認(rèn)為是左旋。師：好！DNA到底是左旋，還是右旋，我在這里就不詳述了，等同學(xué)們升了大學(xué)后再學(xué)習(xí)。第二課時引言：同學(xué)們已經(jīng)知道了DNA作為遺傳物質(zhì)與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾p鏈螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與其功能有關(guān)。而復(fù)制是DNA的重要功能，那么，何謂復(fù)制？復(fù)制的過程如何？有何意義呢？在學(xué)習(xí)之前：提問：對真核生物而言， DNA主要存在于細(xì)胞的什么部位？（回答：DNA主要存在于細(xì)胞核內(nèi)。）提問：DNA結(jié)構(gòu)怎樣？（答：

10、雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)極性反向平行堿基互補配對排列順序無窮。）提問：細(xì)胞周期中的間期細(xì)胞有何主要變化？（答： DNA分子的復(fù)制，有關(guān)蛋白質(zhì)分子的合成。）提問：何謂復(fù)制？（答：略）補充：這里說的復(fù)制不是指其他物品的復(fù)制，是指DNA分子的復(fù)制，就是指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。則1DNA2DNA。那么，怎樣由1DNA2DNA呢？這就是：2.DNA復(fù)制的過程（出示DNA復(fù)制過程的圖解教學(xué)掛圖，讓學(xué)生結(jié)合圖解得出“解旋、合成、復(fù)旋”的結(jié)論。）教師補充：DNA分子復(fù)制包括：解旋：在DNA解旋酶的作用下，能量ATP的參與，把雙鏈螺旋的DNA打開氫鍵，解開成為兩條單鏈，且以單鏈為模板。合成：在DNA合成酶

11、的作用下，以母鏈為模板， ATP為能量，脫氧核苷酸為原料，按堿基互補配對原則合成為一條新的子鏈。復(fù)旋：在DNA復(fù)旋酶的作用下，以ATP為能量，一條母鏈和一條子鏈螺旋成為一個新的DNA分子。即：1DNA2DNA單鏈（母）2母2子（母十子）（母十子）2DNA由上述過程可以知道，在以母鏈為模板合成新的子鏈的過程中，新合成的子鏈上脫氧核苷酸的排列順序與另一條每鏈上脫氧核苷酸的排列順序完全相同，故母鏈與子鏈螺旋化形成的新DNA分子中堿基對的排列順序也完全相同；新形成的每個DNA分子中的雙鏈有一條是未自上代DNA的母鏈，所以叫半保留復(fù)制?？茖W(xué)家已經(jīng)用35P或14N同位素示蹤得以證實。（結(jié)合DNA分子的復(fù)制

12、過程讓同學(xué)們展開討論。）提問：DNA分子復(fù)制時需何條件？（回答：略。）補充：DNA分子復(fù)制：發(fā)生在細(xì)胞周期的間期；主要在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行；ATP作能量；A、T、G、C四種大量的脫氧核苷酸為原料；嚴(yán)格遵循堿基互補配對原則；需酶系統(tǒng)參與（解旋酶，合成酶、復(fù)旋酶）；DNA具作模板的能力；伴隨有RNA的轉(zhuǎn)錄。提問： DNA分子復(fù)制對DNA作為遺傳物質(zhì)有何意義？（回答：略。）補充：在DNA分子復(fù)制時：邊解旋、邊合成、邊復(fù)旋，多個起始點同時進(jìn)行，節(jié)省時間、效率高。新DNA分子雙鏈為“一母一子”；因此復(fù)制更為精確，致使遺傳信息更加穩(wěn)定。穩(wěn)定的遺傳信息從親代傳遞給子代，從而使生物的前后代保持了一定的連續(xù)性。但是，這并不意味著復(fù)制時毫無差錯，否則，自然界便沒有了變異，生物界就不會向前發(fā)展。（為以后學(xué)習(xí)“變異”打下伏筆）提問：一個DNA分子復(fù)制幾代后的情況如何？（回答：略。）補充：因DNA復(fù)制采用半保留的方式，所