DNA是主要的遗传物质

第六章 遗传和变异 第1节 遗传的物质基础 编者：福清二中 李玲 俞青 教学内容：一、DNA是主要的遗传物质 教学目标 知识目标：DNA是遗传物质的分析及实验验证；为什么说DNA是主要的遗传物质？ 能力目标： 1、从生殖过程、染色体化学组成以及遗传物质存在部位划分来分析染色体是遗传物质的主要载体，训练学生逻辑思维的能力。 2、以肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验说明DNA是遗传物质，训练学生由特殊到一般的归纳思维的能力。 情感目标： 1、养成实事求是的科学态度，培养不断探求新知识和合作精神。 重点、难点： 1、 肺炎双球菌的转化实验的原理和过程。 2、 噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。 教学过程 一、本课题参考课时为一课时。 二、教学思路： 1．首先，由教师采用设问、自答的方式，介绍人类对遗传物质的探究历史。 人类对遗传现象、遗传规律的探究一直没有停止，并且还在不断深入。虽然当时已经发现核酸是组成细胞核的主要成分，而且也已经发现核酸中有四种不同的碱基，但是人们却误认为核酸是由四种核苷酸组成的单调均匀的大分子，因此，许多生物学家不相信核酸会是千变万化的基因的载体，他们认为蛋白质才可能是遗传物质。 为什么蛋白质会被认为是遗传物质呢？这是因为20世纪以来，人们发现的蛋白质的种类越来越多，功能也越来越广泛，一切生命活动，包括遗传特性的表现都离不开蛋白质。如我们在前面学习过的起催化作用的酶、起免疫作用的球蛋白，以及一些对生命活动起调节作用的激素。据估计，人体中的蛋白质不少于十万种。因此，许多生物学家都认为，只有蛋白质才有可能是遗传物质。 在核酸和蛋白质中究竟谁是遗传物质呢？如果我们能够用实验来证明某种物质具备这些特点，我们就能确定到底哪种物质是遗传物质。 2．肺炎双球菌的转化实验 请学生阅读关于肺炎双球菌的知识。认识R型细菌和S型细菌。 R型细菌：菌落粗糙，菌体无多糖类荚膜，无毒性。 S型细菌：菌落光滑，菌体有多糖类荚膜，有毒型。 动画演示格里菲思肺炎双球菌转化实验过程的四个阶段，同时完成四个阶段的文字总结。 （1）活R型细菌 老鼠 健康 （2）活S型细菌 老鼠 死亡 （3）灭活S型细菌 老鼠 死亡 （4）活R型细菌+死S型细菌 老鼠 死亡 说明：格里菲思从第四组实验小鼠尸体上分离出有毒型的S型活细菌。表明： 活R型细菌+死S型细菌 活S型细菌（有毒） 子代活S型细菌。 设问：为什么无毒R型活菌能转化成有毒S型活菌呢？学生做初步回答后，请学生大胆、科学地进行探究。 在教师引导下，得出格里菲思结论：在第四组实验中，已经被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活性物质——“转化因子”。 再设问：“转化因子”究竟是什么物质？接着顺理成章地引入艾弗里的实验。 1944年，美国科学家艾弗里和它的同事，把S型细菌的组成物质全部分离，并分别与R型细菌混合培养，得出如下结果： 请学生把上图到笔记本上，并思考“转化因子”是什么物质？ 通过艾弗里实验的思考，可准确地得出“转化因子”是S型细菌的DNA的结论。 因转化而来的S型细菌能将性状传递给后代，说明DNA是遗传物质。 3．在通过对格里菲思和艾弗里的两个实验学习之后，即可转入对噬菌体侵染细菌实验的介绍： （1）请学生阅读关于T2噬菌体的教材内容。了解T2噬菌体的结构和化学组成及生活特性。对噬菌体、大肠杆菌进行简单介绍，顺便复习原核生物和病毒的特点 （2）“从丹麦首都哥本哈根来的物理学家德尔布吕克、从意大利来的生物学家卢里亚、美国生物学家赫尔希。他们在美国建立了研究小组，利用噬菌体与大肠杆菌研究基因复制的问题。”多媒体播放噬菌体侵染细菌动画。 （3）由教师介绍实验背景、现象，并进行分析。实验是由赫尔希和他的学生蔡斯在1951～1952年做的。他们分别用两种放射性同位素32P和35S对两组噬菌体进行了巧妙的标记：一组用放射性同位素32P标记噬菌体内部的DNA，另一组用放射性同位素35S标记噬菌体的蛋白质外壳。由于放射性物质会不断放出射线，可以检测出来，这样通过观察放射性物质的行踪，就可以判断放射性物质在噬菌体侵染细菌过程中的行踪，从而判断DNA和蛋白质在生物遗传过程中的作用了。 用放射性同位素35S标记的噬菌体在侵染细菌并进行增殖的过程中，出现了把蛋白质外壳留在细菌外面的现象。而用放射性同位素32P标记的噬菌体则表现出了其内部的DNA进入细菌细胞内的现象。正是这些DNA在细菌中增殖出许多噬菌体。新形成的噬菌体同亲代一样有着同样的DNA和蛋白质外壳。释放出来后又能去侵染其他的细菌。 （5）设问：从这个实验的结果来看，我们能够得出什么结论呢？ 结论是：当噬菌体在细菌内大量繁殖时，噬菌体的蛋白质留在细菌的外部，噬菌体的DNA却进入了细菌体内。噬菌体在细菌体内的增殖是在噬菌体DNA的作用下完成的。DNA具有连续性，是遗传物质。投影显示如下表格： 亲代噬菌体 寄主细胞内 子代噬菌体 32P标记DNA 有32P标记DNA DNA有32P标记 35S标记蛋白质 无35S标记蛋白质 外壳蛋白质无35S标记 （6）教师要将噬菌体侵染细菌的详细过程择要点板书， 并小结两点：“噬菌体侵染细菌的实验不仅有力地证明了‘DNA是遗传物质’，而且还为当代的科学工作者树立了多学科合作的典范。” 4．以“噬菌体侵染细菌的实验能否说明蛋白质不是遗传物质？”“能否说明DNA是主要的遗传物质？”引导学生思考。因为刚刚分析完噬菌体侵染细菌的实验，学生对这个实验“能说明什么”很清楚。但对“不能说明什么”就不是很清楚了。所以，教师要对“不能说明”的问题给予重点说明。 学生通常会认为：“能说明蛋白质不是遗传物质。因为蛋白质没有参与到噬菌体的增殖过程中来。它被留在细菌细胞的外面了。”这时教师可以用“能说明噬菌体的蛋白质不是遗传物质，能不能说明其它生物体的蛋白质也不是遗传物质？”这时学生才会意识到：“可以推论但不能直接说明”。教师此时可以告诉学生：“一个实验能说明什么，我们就说它说明了什么，或可以作出什么推论，要保持实事求是的态度。” “噬菌体侵染细菌的实验能说明DNA是遗传物质。能不能说明它是主要的遗传物质？”学生这时会认为不能说明。教师要接着启发学生：“如何证明DNA是主要的遗传物质，要从DNA在哪些生物体内担负遗传物质的使命来证明。”“现代生物学已经用大量的实验证明：DNA存在于绝大多数生物的体内，是这些生物的遗传物质，而且和RNA相比，在遗传中起着决定的作用。因此，我们才能得出‘DNA是主要的遗传物质’的结论”。 接下来教师要用“生物体内有没有其它物质做遗传物质呢？”的引导语，引起学生的注意。再把烟草花叶病毒侵染烟草的实验介绍给学生，请学生自行阅读，明确遗传物质除了DNA外，还有RNA。我们对遗传物质的表达：核酸是遗传物质。此外，还应明确烟草花叶病毒侵染烟草的实验可以证明蛋白质不是遗传物质。 教学过程： 教师活动 学生活动 [引言] 1、龙生龙，凤生凤，老鼠生来会打洞；种瓜得瓜，种豆得豆；一母生九子，连母十个样。以上事实，说明的是什么现象呢？ （板书）第六章 遗传和变异 2、遗传和变异究竟是怎样发生的？在生物体内是什么物质对遗传和变异起决定作用？ （板书）第一节 遗传的物质基础 3、动画演示生物的减数分裂、受精作用和有丝分裂过程中染色体的变化情况。 4、设问：生物体的形状之所以能够遗传给后代，是由于生物体内具有对遗传起决定作用的物质——遗传物质。那么究竟什么是遗传物质呢？ [讲述]人类对遗传现象、遗传规律的探究一直没有停止，并且还在不断深入。虽然当时已经发现核酸是组成细胞核的主要成分，而且也已经发现核酸中有四种不同的碱基，但是人们却误认为核酸是由四种核苷酸组成的单调均匀的大分子，因此，许多生物学家不相信核酸会是干变万化的基因的载体，他们认为蛋白质才可能是遗传物质。 为什么蛋白质会被认为是遗传物质呢？这是因为20世纪以来，人们发现的蛋白质的种类越来越多，功能也越来越广泛，一切生命活动，包括遗传特性的表现都离不开蛋白质。如我们在前面学习过的起催化作用的酶、起免疫作用的球蛋白，以及一些对生命活动起调节作用的激素。据估计，人体中的蛋白质不少于十万种。因此，许多生物学家都认为，只有蛋白质才有可能是遗传物质。 在核酸和蛋白质中究竟谁是遗传物质呢？如果我们能够用实验来证明某种物质具备这些特点，我们就能确定到底哪种物质是遗传物质。 请同学们阅读关于肺炎双球菌的知识。说说R型细菌和S型细菌。 动画演示格里菲思肺炎双球菌转化实验过程的四个阶段，同时完成四个阶段的文字总结。 （1）活R型细菌 老鼠 健康 （2）活S型细菌 老鼠 死亡 （3）灭活S型细菌 老鼠 死亡 （4）活R型细菌+死S型细菌 老鼠 死亡 设问：为什么无毒R型活菌能转化成有毒S型活菌呢？ 再设问：“转化因子”究竟是什么物质？接着顺理成章地引入艾弗里的实验。 动画播放：艾弗里的实验。 （板书）：一、DNA是主要的遗传物质 （1） 染色体是遗传物质的载体 1、 染色体由DNA和蛋白质组成 2、 线粒体内含有DNA 3、 叶绿体内含有DNA 4、 结论：DNA主要存在于核中的染色体上，所以染色体是主要的载体。 （二）证明DNA是遗传物质的实验 1、肺炎双球菌实验。 2、艾弗里的实验。 3、噬菌体侵染细菌实验。 讲述：随着科学的发展，越来越多的实验证明了艾弗里实验的正确性。引出：噬菌体侵染细菌实验。 播放噬菌体的结构图。问： 噬菌体的结构特点是什么？ 讲述：从丹麦首都哥本哈根来的物理学家德尔布吕克、从意大利来的生物学家卢里亚、美国生物学家赫尔希。他们在美国建立了研究小组，利用噬菌体与大肠杆菌研究基因复制的问题。 多媒体播放噬菌体侵染细菌动画。 讲述：实验是由赫尔希和他的学生蔡斯在1951～1952年做的。他们分别用两种放射性同位素32P和35S对两组噬菌体进行了巧妙的标记：一组用放射性同位素32P标记噬菌体内部的DNA，另一组用放射性同位素35S标记噬菌体的蛋白质外壳。由于放射性物质会不断放出射线，可以检测出来，这样通过观察放射性物质的行踪，就可以判断放射性物质在噬菌体侵染细菌过程中的行踪，从而判断DNA和蛋白质在生物遗传过程中的作用了。 用放射性同位素35S标记的噬菌体在侵染细菌并进行增殖的过程中，出现了把蛋白质外壳留在细菌外面的现象。而用放射性同位素32P标记的噬菌体则表现出了其内部的DNA进入细菌细胞内的现象。正是这些DNA在细菌中增殖出许多噬菌体。新形成的噬菌体同亲代一样有着同样的DNA和蛋白质外壳。释放出来后又能去侵染其他的细菌。由教师介绍实验背景、现象，并进行分析。实验是由赫尔希和他的学生蔡斯在1951～1952年做的。他们分别用两种放射性同位素32P和35S对两组噬菌体进行了巧妙的标记：一组用放射性同位素32P标记噬菌体内部的DNA，另一组用放射性同位素35S标记噬菌体的蛋白质外壳。由于放射性物质会不断放出射线，可以检测出来，这样通过观察放射性物质的行踪，就可以判断放射性物质在噬菌体侵染细菌过程中的行踪，从而判断DNA和蛋白质在生物遗传过程中的作用了。 用放射性同位素35S标记的噬菌体在侵染细菌并进行增殖的过程中，出现了把蛋白质外壳留在细菌外面的现象。而用放射性同位素32P标记的噬菌体则表现出了其内部的DNA进入细菌细胞内的现象。正是这些DNA在细菌中增殖出许多噬菌体。新形成的噬菌体同亲代一样有着同样的DNA和蛋白质外壳。释放出来后又能去侵染其他的细菌。 设问：从这个实验的结果来看，我们能够得出什么结论呢？ 投影显示如下表格： 亲代噬菌体 寄主细胞内 子代噬菌体 32P标记DNA 有32P标记DNA DNA有32P标记 35S标记蛋白质 无35S标记蛋白质 外壳蛋白质无35S标记 （板书）噬菌体侵染细菌的过程： 吸附 注入 复制 组合 释放 小结：噬菌体侵染细菌的实验不仅有力地证明了“DNA是遗传物质”，而且还为当代的科学工作者树立了多学科合作的典范。 设问： 1问：噬菌体侵染细菌的实验能否说明蛋白质不是遗传物质？ 2问：能说明噬菌体的蛋白质不是遗传物质，能不能说明其它生物体的蛋白质也不是遗传物质？ 引导：一个实验能说明什么，我们就说它说明了什么，或可以作出什么推论，要保持实事求是的态度。 3问：噬菌体侵染细菌的实验能说明DNA是遗传物质。能不能说明它是主要的遗传物质？ 4问：如何证明DNA是主要的遗传物质？ 引导：要从DNA在哪些生物体内担负遗传物质的使命来证明。 引导：生物体内有没有其它物质做遗传物质呢？ 讲述：烟草花叶病毒侵染烟草的实验的简略介绍。 课堂小结。（动画播放） （板书）4、结论：DNA是主要的遗传物质。RNA也是遗传物质。核酸是遗传物质。 课堂练习。 学生回顾初中学过的遗传知识，解释遗传和变异的概念。 阅读：肺炎双球菌有关知识。 回答： R型细菌：菌落粗糙，菌体无多糖类荚膜，无毒性。 S型细菌：菌落光滑，菌体有多糖类荚膜，有毒型。 讨论：学生做初步回答后，请学生大胆、科学地进行探究。 在教师引导下，得出格里菲思结论：在第四组实验中，已经被加热杀死的S型细菌中必然含有某种促成这一转化的活性物质——“转化因子”。 思考并讨论：“转化因子”是什么物质？ 结论：因转化而来的S型细菌能将性状传递给后代，说明DNA是遗传物质。 回答：噬菌体的结构（略） 回答：结论是：当噬菌体在细菌内大量繁殖时，噬菌体的蛋白质留在细菌的外部，噬菌体的DNA却进入了细菌体内。噬菌体在细菌体内的增殖是在噬菌体DNA的作用下完成的。DNA具有连续性，是遗传物质。 思考回答：能说明蛋白质不是遗传物质。因为蛋白质没有参与到噬菌体的增殖过程中来。它被留在细菌细胞的外面了。 学生讨论回答：可以推论但不能直接说明 回答：不能。 自学讨论回答： 现代生物学已经用大量的实验证明：DNA存在于绝大多数生物的体内，是这些生物的遗传物质，而且和RNA相比，在遗传中起着决定的作用。因此，我们可以得出“DNA是主要的遗传物质”的结论。学生自行阅读烟草花叶病毒侵染烟草的实验。 反思与点评： 1．科学的结论来自于科学的实验，同样也来自于对实验结果的正确说明。这也是教师在教学过程中要特别向学生说明的。 2．本节课教学中尽可能使用直观教具进行教学，加深学生对重点知识的理解和掌握。 3．对于肺炎双球菌转化作用的实质，也可考虑结合基因原理作简单的介绍。即外源DNA（S型细菌的DNA）与受体细胞（R型细菌）的DNA之间的重组，使受体细胞获得了新的遗传信息。 教学内容：二 DNA分子的结构和复制 教学目标 1．知识目标 （1）理解DNA分子的结构特点。 （2）理解DNA分子复制的过程和意义。 2．能力目标 （1）培养学生自学能力：在自学中去领悟知识，去发现问题和解决问题。 （2）培养观察能力、分析理解能力：通过观察DNA结构模型及制作DNA双螺旋结构模型来提高观察能力、分析和理解能力。 （3）培养创造性思维的能力：通过探索求知、制作模型、讨论交流激发独立思考、主动获取新知识的能力。 3．情感目标 　　通过DNA的结构和复制的学习，探索生物界丰富多彩的奥秘，从而激发学生学科学、用科学、爱科学的求知欲。 教学建议 重难点分析 1．DNA分子结构的重难点分析 （1）碱基互补配对原则是本段内容的教学重点，它是 DNA结构、 DNA复制以及 DNA控制蛋白质合成过程中遵循的重要原则，是分析有关DNA题目的重要依据。 （2）DNA分子的双螺旋结构是本段内容的教学重点和难点： ①DNA分子的双螺旋结构是学生理解遗传学理论的知识基础； ②DNA独特的双螺旋结构保证了DNA具有多样性、特异性、稳定性的特征，它是学生理解生物的多样性、特异性、物种稳定性本质的结构基础。 （3）利用教学进行碱基配对的模拟实验和由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基构建DNA分子平面结构模式图是另一教学难点，原因有二： ①学生计算机操作能力不同； ②实验中涉及一些学生未接触的化学知识，从而使学生对实验的理解和分析上有一定的难度。 2．DN A分子复制的重难点分析 （1）DNA分子的复制过程是本段内容的教学重点： DN A分子复制是DN A的主要功能之一，它是细胞分裂知识的延续，是理解遗传意义的分子基础。在细胞增殖周期的一定阶段，DNA发生精确复制，随之以染色体为单位将复制的DNA平均分配到两个子细胞中去，保证遗传的稳定；同时它又是后面学习基因突变和现代生物进化理论的知识基础，DNA复制过程中的差错导致遗传信息改变，使生物发生变异。从进化角度看，DNA的不断变化发展，推动生物的进化。 （2）DNA分子的半保留复制方式是本段内容的教学难点： DNA分子的半保留复制保证了DNA的精确拷贝，保证了遗传物质的稳定性。复制的精确性依赖于DNA的双螺旋结构和碱基互补配对原则，DNA的双螺旋结构为复制提供精确的模板，碱基互补配对原则保证了亲代DNA分子的每条链都含有合成它互补链所必需的全部信息，所以DNA的两条母链均可作为模板合成子链，且母链与互补子链形成子代DNA，完成半保留复制。由于DNA的半保留复制，亲代DNA虽经多代复制，它的两条母链仍存于后代而不会消失，这是解答DNA复制有关计算的关键。 3．关于“DNA分子的结构”的分析 （1）化学组成： DNA分子是由很多个脱氧核苷酸聚合而成的长链，脱氧核苷酸共分4种，见右图。 （2）结构特点 DNA的空间结构即双螺旋结构有三个特点： ①从总体上看，是由两条平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的，成为规则的双螺旋结构。 ②脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架排列在外侧，碱基在内侧。 ③内部：连接两条链的碱基通过氢键形成碱基对，配对遵循碱基互补配对规律：A一定与T配对，C一定与G配对。 4．关于“DNA分子的特性”的分析 DNA分子具有三个特性：多样性、特异性及稳定性。 ①多样性： DNA分子结构的多样性是指组成的DNA的碱基对的排列方式是多种多样的，可总结为4n种碱基对的排列方式，例如，一个具有1000个碱基对的DNA所携带的遗传信息是41000 种。而且不同的DNA分子其碱基对的数量也不尽相同，这样就构成了DNA分子的多样性。 ②特异性 不同的DNA分子由于碱基对的排列顺序存在着差异，因此，每一个DNA分子的碱基对都有其特定的排列顺序，这种特定的排列顺序包含着特定的遗传信息，从而使DNA分子具有特异性。 假设一个DNA分子中的一条多核苷酸链有100个4种不同的碱基，它们的可能排列方式就是一个非常巨大的数字。那么这个“非常巨大的数字”是多少？ 如下面的示意图，表示DNA分子的一条链由l00个脱氧核苷酸通过一定的化学健相互连接而成。 图中每一方框表示一个脱氧核苷酸。已知组成DNA的脱氧核苷酸有4种，分别含有A、G、T、C四种碱基。链中每一方框处都有可能是四种脱氧核苷酸中的任意一种，取其所含碱基代替，即有可能为A或G或T或C等四种排列方式。根据乘法原理，由于方框均可重复选择4种碱基中的任何一种，因而100个方框中碱基的排列方式有： 4×4×4×……×4=4100种 　　 即由100个核苷酸组成的单链DNA分子中，碱基的排列顺序就有4100种。 令A=4100，两边同时取对数， 则：lgA=lg4100=lg2200=200lg2=200×0.3010=60.2查反对数表可知：A=1.585×1060 ，该数为61位数。 在这个DNA分子的一条链中，脱氧核苷酸的排列顺序可以有1.585×1060种。也就是说这个DNA分子蕴藏了1.585×1060种遗传信息。 ③稳定性： DNA分子结构的稳定性体现在：一是分子骨架中脱氧核糖和磷酸的交替排列方式固定不变；二是每个DNA分子具有稳定的双螺旋结构，将易分解的含氮碱基排列在内侧；三是两条链间碱基互补配对原则严格不变。 DNA分子的双螺旋结构能保持相对稳定，原因有以下三点：其一，是DNA分子双螺旋结构的内侧，通过氢键形成的碱基对，使两条脱氧核苷酸长链稳固地并联起来。其二，是碱基对之间纵向的相互作用力也进一步加固了DNA分子的稳定性。各个碱基对之间的这种纵向的相互作用力叫做碱基堆积力，它是芳香族碱基π电子间的相互作用引起的。现在普遍认为碱基堆积力是稳定DNA结构的最重要的因素。其三，双螺旋外侧负电荷的磷酸基团同带正电荷的阳离子之间形成的离子键，可以减少双链间的静电斥力，因而对DNA双螺旋结构也有一定的稳定作用。 5．关于“RNA的种类及分子结构”的分析 RNA分子是由A、G、C、U 4种核苷酸连接而成的多核苷酸单链。在细胞里，RNA由于部位和功能的不同，分为3种类型，它们的结构也有所不同。 ①信使RNA（mRNA）：是单链结构，它是以DNA双链中的一条链为模板，在细胞核内合成，然后进入细胞质。由于它传达了DNA上的遗传信息，所以叫做信使RNA。 ②转运（或转移）RNA（tRNA）：这是分子量较小的RNA，它基本上也是单链，但是常常部分地扭曲成双链螺旋状，它的平面形状如三叶草（一种豆科植物）的叶。 （如上图），tRNA也是以DNA分子中的某些部分作为模板，按照碱基互补原则合成的。在蛋白质合成的过程，tRNA起着搬运各种氨基酸的作用。 ③核糖体RNA（rRNA）：也是单链结构，它也是以DNA分子中某些部分作为模板会成的。rRNA与蛋白质结合在一起，形成核糖体，是核糖体结构的一部分。 6．关于“DNA分子的复制”的几个关键问题 （1）概念：以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程。 （2）时间：有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期 （3）条件： 　　 （4）过程：边解旋边复制 （5）特点：半保留复制，即新形成的DNA分子的两条脱氧核苷酸链中，一条单链为原DNA分子的，一条为新形成的子链。 （6）原则：碱基互补配对原则，即A与T，G与C配对。 （7）结果：一个DNA分子经复制形成两个DNA分子。 （8）意义：实现遗传信息的传递。 7．DNA分子中各种碱基互补配对规律计算的总结 （1）规律计算法 规律一：互补碱基两两相等，即A＝T，C＝G 　　规律二：两不互补的碱基之和比值相等，即（A+G）/（T+C）＝（A+C）/（T+G）=1 　　规律三：任意两不互补的碱基之和占碱基总量的50％，即：（A+C）％=（T+G）%=50% 　　规律四：DNA分子的一条链上（A+ T）／（C+ G）= a，（A+ C）/（T+ G）＝b，则该链的互补链上相应比例应分别为a和1／b。 规律五：双链DNA中互补的碱基之和相等，即A+T（或C+G）＝A+T（或 C+G）。 （2）图示直观法： 例：若DNA分子的一条链中（A＋T）／（C+G）=a，则其互补链中该比值为（  ） （上海高考题） 　　A．a　　B．1／a　　C．1　　D．1-1／a 　解析：画两条直线分别代表DNA分子的两条单链。将题设条件中碱基比的分母设为1，则（A+T）/（C+G）＝a中，C+G=1，A+T＝a，另一互补链②中T+A＝a，G+C＝1，即互补链中（A+T）/（C+G）＝a。 （3）代数计算法： 　　设上题中一条单链的各碱基数为Aa，Ta，Ga，Ca，另一条单链的各碱基数为Ab，Tb，Gb，Cb。由于碱基互补配对，则有：Aa=Tb，Ta =Ab，Ga=Cb，Ca=Gb，因为一条链的（A+ T）／（G+C）= Aa+ Ta/ Ga+ Ca=a Aa+ Ta = Tb + Ab，Ga+ Ca = Cb + Gb Aa+ Ta/ Ga+ Ca= Tb + Ab/ Cb + Gb =a，即互补链中A+T/G+C=a。 这些方法要靠自己在实验中去体会，并总结出自己认为行之有效的方法 教学#设计# 【教学重点、难点、疑点及解决办法】 1．教学重点 （1）DNA分子的结构。 （2）碱基互补配对原则及其重要性。 （3）DNA分子的多样性。 （4）DNA复制的过程及特点。 2．教学难点 （1）DNA分子的立体结构特点。 （2）DNA分子的复制过程。 3．教学疑点 　DNA分子中只能是A—T、C－G配对吗？能不能A—C、G—T配对？为什么？ 4．解决办法 （1）充分发挥多媒体计算机的独特功能，把DNA的化学组成、立体结构和DNA的复制过程等重、难点知识编制成多媒体课件。将这些较难理解的重、难点知识变静为动、变抽象为形象，转化为易于吸收的知识。 （2）通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA分子结构特点的理解和认识。 （3）通过讨论交流、通过提高学生的识图能力、思维能力，通过配合适当的练习，将知识化难为易。 （4）通过单环化合物、双环化合物所占空间及碱基对之间氢键数的稳定性，来说明只能是A—T、C—G配对。 【课时安排】  2课时。 【教学过程】 第一课时 （一）引言： 　　我们经过学习，已经知道DNA是主要的遗传物质，它能使亲代的性状在子代表现出来。那么，DNA为什么能起遗传作用呢？我们来学习DNA的结构。 （二）教学过程 1．DNA的结构 1953年，沃森和克里克提出了著名的DNA双螺旋模型，为合理地解释遗传物质的各种功能奠定了基础。为了理解DNA的结构，先来学习DNA的化学组成。 （1）DNA的化学组成 学生阅读教材第7－8页，看懂图6－4及银幕上出现的结构平面图，基本单位图。学生回答下列问题： ①组成DNA的基本单位是什么？每个基本单位由哪三部分组成？ ②组成DNA的碱基有哪几种？脱氧核苷酸呢？DNA的每一条链是如何组成的？ 学生回答后，教师点拨： ①组成DNA的基本单位是脱氧核苷酸，它由一个脱氧苷糖、一个磷酸和一个含氮碱基组成。 ②组成DNA的碱基有四种：腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）；有四种脱氧核苷酸：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。DNA的每一条链由四种不同的脱氧核苷酸聚合而成多脱氧核苷酸链。 （2）DNA分子的立体结构 出示DNA模型，学生阅书第8页，指着模型进解说过归纳，结构的主要特点是： ①两条长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构（简要解释“反向”，一条链是5－3，另一条链是3－5，不宜过深）。 ②脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在DNA分子的外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。 ③碱基互补配对原则： 两条链上的碱基通过氢键（教师对“氢键”要进行必要的解释）连接成碱基对，且碱基配对有一定的规律：A—T、G—C（A一定与T配对，G一定与C配对）。 可见，DNA一条链上的碱基排列顺序确定了，根据碱基互补配对原则，另一条链上的碱基排列顺序也就确定了（可在黑板上练习一道题以巩固互补配对原则）。 教师设问，学生思考后，由教师回答： 设问一：碱基配对时，为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或嘧啶碱不与嘧啶碱配对呢？ 这是由于嘌呤碱是双环化合物（画出双环），占有空间大；嘧啶碱是单环化合物（画出单环），占有空间小。而DNA分子的两条链的距离是固定的，只有双环化合物和单环化合物配对才合适。 设问二：为什么只能是A—T、G—C，不能是A—C，G—T呢？ 这是由于A与T通过两个氢键相连，G与C通过三个氢键相连，这样使DNA的结构更加稳定，所以，A与T或G与C的摩尔数比例均为1：1。 学生训练：某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18％，那么鸟嘌呤的分子数占（  ） A．9％　　B．18％　　C．32%　　D．36％ 答案：C （为巩固DNA立体结构的有关知识，加深对DNA分子结构特点的理解，此时应让学生做《实验十二、制作DNA双螺旋结构模型》，实验的材料及一些基本步骤可在上课前准备好，教师示范，控制好上课的时间）。 （3）DNA的特性 师生共同活动，学生讨论和教师点拨相结合。 ①稳定性：DNA分子两条长链上的脱氧核糖与Pi交替排列的顺序和两条链之间碱基互补配对的方式是稳定不变的，从而导致DAN分子的稳定性。 ②多样性：DNA分子中碱基相互配对的方式虽然不变，而长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。如一个最短的DNA分子大约有4000个碱基对，这些碱基对可能的排列方式就有44000=102408种。实际上构成DNA分子的脱氧核苷酸数目是成千上万的，其排列种类几乎是无限的，这就构成DNA分子的多样性。 ③特异性：每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序，这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子自身严格的特异性。 本节课我们学习了DNA的化学组成，DNA的立体结构和DNA的特性。组成DNA的碱基共有A、T、G、C四种，构成DNA的基本单位也有4种。每个DNA分子由二条多脱氧核苷酸长链反向平行盘旋成双螺旋结构，两条链上的碱基按照碱基互补配对原则，即A—T、G—C，通过氢键连接成碱基对。DNA分子具有稳定性、多样性和特异性。多样性产生的原因主要是碱基对的排列顺序千变万化，4种脱氧核苷酸排列的特定顺序，包括特定的遗传信息。每个DNA分子能够贮存大量的遗传信息。 教学过程： 第一课时 教师活动 学生活动 板书提纲 引言：我们经过学习，已经知道DNA是主要的遗传物质，它能使亲代的性状在子代表现出来。那么，DNA为什么能起遗传作用呢？我们来学习DNA的结构。 创设问题情景： ①组成DNA的基本单位是什么？每个基本单位由哪三部分组成？ ②组成DNA的碱基有哪几种？脱氧核苷酸呢？DNA的每一条链是如何组成的？ 出示DNA模型，对照模型进解说过归纳，结构的主要特点是： ①两条长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构（简要解释“反向”，一条链是5－3，另一条链是3－5，不宜过深）。 ②脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在DNA分子的外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。 ③碱基互补配对原则： 两条链上的碱基通过氢键（教师对“氢键”要进行必要的解释）连接成碱基对，且碱基配对有一定的规律：A—T、G—C（A一定与T配对，G一定与C配对）。 可见，DNA一条链上的碱基排列顺序确定了，根据碱基互补配对原则，另一条链上的碱基排列顺序也就确定了。（可在黑板上练习一道题以巩固互补配对原则）。 教师设问， 教师自答。 设问一：碱基配对时，为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或嘧啶碱不与嘧啶碱配对呢？ 这是由于嘌呤碱是双环化合物（画出双环），占有空间大；嘧啶碱是单环化合物（画出单环），占有空间小。而DNA分子的两条链的距离是固定的，只有双环化合物和单环化合物配对才合适。 设问二：为什么只能是A—T、G—C，不能是A—C，G—T呢？ 这是由于A与T通过两个氢键相连，G与C通过三个氢键相连，这样使DNA的结构更加稳定，所以，A与T或G与C的摩尔数比例均为1：1。 从以上的叙述中我们可以看到DNA的结构非常特别，所以这也决定了它的特性。 现在我们一起来讨论：DNA具有那些特性。为什么具有这些特性？ 小结：本节课我们学习了DNA的化学组成，DNA的立体结构和DNA的特性。组成DNA的碱基共有A、T、G、C四种，构成DNA的基本单位也有4种。每个DNA分子由二条多脱氧核苷酸长链反向平行盘旋成双螺旋结构，两条链上的碱基按照碱基互补配对原则，即A—T、G—C，通过氢键连接成碱基对。DNA分子具有稳定性、多样性和特异性。多样性产生的原因主要是碱基对的排列顺序千变万化，4种脱氧核苷酸排列的特定顺序，包括特定的遗传信息。每个DNA分子能够贮存大量的遗传信息。 学生阅读教材第7－8页，看懂图6－4及银幕上出现的结构平面图，基本单位图。学生回答问题： ①组成DNA的基本单位是脱氧核苷酸，它由一个脱氧苷糖、一个磷酸和一个含氮碱基组成。 ②组成DNA的碱基有四种：腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）；有四种脱氧核苷酸：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。DNA的每一条链由四种不同的脱氧核苷酸聚合而成多脱氧核苷酸链。 学生阅书第8页， 学生思考。 学生训练： 某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18％，那么鸟嘌呤的分子数占（  ） A．9％　　B．18％　　C．32%　　D．36％ 学生实验 做《实验十二、制作DNA双螺旋结构模型》， 实验的材料及一些基本步骤可在上课前准备好，教师示范，控制好上课的时间）。 1． DNA的结构 （1）DNA的化学组成： ①基本单位 ②四种碱基 ③四种脱氧核苷酸④由许多脱氧核苷酸聚合成多脱氧核苷酸长链 （2）DNA的立体结构 ①按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。 ②基本骨架，碱基在内侧。 ③碱基互补配对原则：A—T，C—G。 （3）DNA的特性 1 稳定性 2 多样性 3 特异性 （三）课堂练习 1．课本10- 11页三、四题。 2．根据碱基互补配对原则，在A≠G时，双链DN A分子中，下列四个式子中正确的是（  ） 　　A．      B． C．    D． 　　 答案：选B 　3．分析一个DNA分子时，其一条链上 那么它的另一条链和整个DNA分子中的比例分别是（  ） 　A．0.4和0.6　 　B．2.5和0.4 C．0.6和1.0　 　D．2.5和1.0 　答案：D （四）板书设计 　　 第二课时 （一）引言： 通过上节课有关DNA结构的学习，理解DNA分子不仅能够储存大量的遗传信息，还能传递遗传信息，遗传信息的传递就是通过DNA分子的复制来完成的，怎样复制呢？ （二）教学过程： 2．DNA的复制 （1）复制的概念 在细胞有丝分裂和减数第一次分裂的间期，以母细胞DNA分子为模板，合成子代DNA的过程。DNA的复制实质上是遗传信息的复制。 （2）“准确”复制的原理 ①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板； ②碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。 （3）DNA复制的过程 学生阅书第10页，看图6-6，银幕上也出现动态的DNA分子复制过程图解，待学生看懂图后，回答如下问题： ①什么叫解旋？解旋的目的是什么？ ②什么叫“子链”？复制一次能形成几条子链？ ③简述“子链”形成的过程。 让学生充分回答上述问题后，教师强调： 复制的过程大致可归纳为如下三点： ①解旋提供准确模板：在ATP供能、解旋酶的作用下，DNA分子两条多脱氧核苷酸链配对的碱基从氢键处断裂，两条螺旋的双链解开，这个过程叫做解旋。解开的两条单链叫母链（模板链）。 ②合成互补子链：以上述解开的每一段母链为模板，以周围环境中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在有关酶的作用下，各自合成与母链互补的一段子链。 ③子、母链结合盘绕形成新DNA分子：在DNA聚合酶的作用下，随着解旋过程的进行，新合成的子链不断地延伸，同时每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构，从而各自形成一个新的DNA分子，这样，1DNA分子→2个完全相同的DNA分子。 （4）DNA复制的特点 讲述： ①DNA分子是边解旋边复制的，是一种半保留式复制，即在子代双链中，有一条是亲代原有的链，另一条（子链）则是新合成的。 ②DNA复制严格遵守碱基互补配对原则准确复制。从而保证了子代和亲代具有相同的遗传性状。 问：DNA复制后两个子代DNA分子和亲代DNA分子是否完全相同？为什么？ 通过设问，学生回答，进一步让学生理解和巩固DNA复制的全过程。 （5）DNA复制的必需条件 讲述： DNA复制时必需条件是亲代DNA的两条母链提供准确模板、四种脱氧核苷酸为原料、能量（ATP）和一系列的酶，缺少其中任何一种，DNA复制都无法进行。 （6）DNA复制的生物学意义 DNA通过复制，使遗传信息从亲代传给了子代，从而保证了物种的相对稳定性，保持了遗传信息的连续性，使种族得以延续。 （三）小结： 1．通过学习DNA的结构和复制，必须掌握DNA的化学组成、立体结构、碱基互补配对原则以及DNA的复制过程、复制的必需条件及DNA复制在生物学上的重要意义。为学习生物的遗传和生物的变异奠定基础。 2．目前DNA分子广泛用于刑事案件侦破等方面 （l）DNA分子是亲子鉴定的主要证据之一。 （2）把案犯在现场留下的毛发、血等进行分析作为破案的证据，与DNA有关。 教学过程： 第二课时 教师活动 学生活动 板书提纲 引言： 通过上节课有关DNA结构的学习，理解DNA分子不仅能够储存大量的遗传信息，还能传递遗传信息，遗传信息的传递就是通过DNA分子的复制来完成的，怎样复制呢？ 提问：什么叫复制？ 讲述：DNA的复制实质上是遗传信息的复制。 设问：复制的原理是什么？ 设问：复制是怎样进行的？ 播放幻灯片：动态的DNA分子复制过程图解。回答如下问题： ①什么叫解旋？解旋的目的是什么？ ②什么叫“子链”？复制一次能形成几条子链？ ③简述“子链”形成的过程。 讲述： ①DNA分子是边解旋边复制的，是一种半保留式复制，即在子代双链中，有一条是亲代原有的链，另一条（子链）则是新合成的。 ②DNA复制严格遵守碱基互补配对原则准确复制。从而保证了子代和亲代具有相同的遗传性状。 （4）DNA复制的特点 问：DNA复制后两个子代DNA分子和亲代DNA分子是否完全相同？为什么？ （5）DNA复制的必需条件 讲述： DNA复制时必需条件是亲代DNA的两条母链提供准确模板、四种脱氧核苷酸为原料、能量（ATP）和一系列的酶，缺少其中任何一种，DNA复制都无法进行。 （6）DNA复制的生物学意义 DNA通过复制，使遗传信息从亲代传给了子代，从而保证了物种的相对稳定性，保持了遗传信息的连续性，使种族得以延续。 （三）小结： 1．通过学习DNA的结构和复制，必须掌握DNA的化学组成、立体结构、碱基互补配对原则以及DNA的复制过程、复制的必需条件及DNA复制在生物学上的重要意义。为学习生物的遗传和生物的变异奠定基础。 2．目前DNA分子广泛用于刑事案件侦破等方面 （l）DNA分子是亲子鉴定的主要证据之一。 （2）把案犯在现场留下的毛发、血等进行分析作为破案的证据，与DNA有关。 答：在细胞有丝分裂和减数第一次分裂的间期，以母细胞DNA分子为模板，合成子代DNA的过程。 学生阅读教材回答： ①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板； ②碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。 学生阅读教材回答： 复制的过程大致可归纳为如下三点： ①解旋提供准确模板：在ATP供能、解旋酶的作用下，DNA分子两条多脱氧核苷酸链配对的碱基从氢键处断裂，两条螺旋的双链解开，这个过程叫做解旋。解开的两条单链叫母链（模板链）。 ②合成互补子链：以上述解开的每一段母链为模板，以周围环境中游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在有关酶的作用下，各自合成与母链互补的一段子链。 ③子、母链结合盘绕形成新DNA分子：在DNA聚合酶的作用下，随着解旋过程的进行，新合成的子链不断地延伸，同时每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构，从而各自形成一个新的DNA分子，这样，1DNA分子→2个完全相同的DNA分子。 2、DNA的复制 (1) 复制的概念 (2) 复制的原理 (3) 复制的过程 ①解旋提供准确模板。 ②合成互补子链。 ③子、母链结合盘绕形成新DNA分子。 （4）DNA复制的特点： 1 是一种半保留式复制 2 遵守碱基互补配对原则 （5）DNA复制的必需条件 （6）DNA复制的生物学意义 （四）课堂练习： 1．某生物的双链 DNA分子共有含氮碱基77对，其中一条链上（A+T）：（C+ G）＝2.5，问该DNA分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是（  ） A．1200个       B．400个     C．600个        D．1500个 2．课本第10页复习题一、二。 （五）板书设计 　　 感染 感染 感染 感染 转化 遗传 S型细菌 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA DNA的水解产物 分别与R型细菌混合培养 R型 R型 R型 R型 R型 S型 R型 R型 S型 噬菌体 化学组成：DNA、蛋白质 结构： 头部 尾部 内部含DNA 外壳由蛋白质组成 生活特性：侵染细菌 子代噬菌体 自身DNA作用下 利用细菌物质、合成自身成分 感染 感染 感染 感染 100个 A+T G+C ≠1 A+T G+C =1 A+C G+T ≠1 A+G T+C =1 A+C T+G =0.4 PAGE 17