海淀区教材辅导必修2第三章

1、第三章第三章 教材教法分析教材教法分析2011年年11月月7日日第一节第一节 核酸是遗传物质的证据核酸是遗传物质的证据第二节第二节 DNA的分子结构和特点的分子结构和特点第三节第三节 遗传信息的传递遗传信息的传递第四节第四节 遗传信息的表达遗传信息的表达-RNA和蛋白质的合成和蛋白质的合成第三章 遗传的分子基础本章在模块中的地位和作用 本章从分子水平上揭示遗传的本质，重点说明 DNA 是主要的遗传物质， DNA 分子的结构和特点， DNA 分子的基本功能（复制和表达）。 从科学研究的历史角度审视：本章是遗传因子假说的证据。回答了基因是本质和它的作用机理，帮助学生从分子水平上认识生命的延续和发展

2、，理解遗传的基本规律和变异的本质、遗传病发病和生物进化的物质基础。知识框架知识框架 直接证据直接证据间接证据间接证据传递遗传信息传递遗传信息表达遗传信息表达遗传信息谁是遗传物质？谁是遗传物质？（核酸还是蛋白质？）（核酸还是蛋白质？）遗传物质的分子遗传物质的分子结构和特点结构和特点遗传物质的功能遗传物质的功能从从分分子子水水平平诠诠释释 课标规定的本单元的内容 总结总结人类对遗传物质的探索过程 概述概述 DNA 分子结构的主要特点 概述概述 DNA 分子的复制 说明说明基因和遗传信息的关系。 概述概述遗传信息的转录和翻译 活动建议活动建议有两项：搜集 DNA 分子结构模型建立过程的资料，并进行讨

3、论和交流； 制作 DNA 分子双螺旋结构模型。课课标标市指导意市指导意见见 解读及教学建议（几点想法）解读及教学建议（几点想法）总结总结人类对遗传物质的探索过程1.肺炎双球菌转化实验2.噬菌体侵染细菌的实验3. DNA双螺旋结构模型的建立过程等1. 不要求记住史实，是通过对科学过程的分析，领悟科学实验的思想、方法、过程与价值，是落实情感和能力目标“体验科学发现过程中科学家的研究思路，以及其他学科的理论方法技术对生物学发展的推动作用”的重要载体。2.科学探索过程的内容丰富。包括：对DNA是遗传物质探索；对DNA结构、复制的探索；中心法则及其发展，遗传密码的破译等。内容多，教学中应该有所侧重。说说

4、明明基因和遗传信息的关系1.基因的概念2.基因与染色体行为的平行关系3.染色体DNA基因、遗传信息之间的关系1.这部分内容属于理解理解水平的内容。2.没有独立章节与其对应，而是渗透渗透在各章节中。教学策略：利用章小结节，逐渐深化和建立概念，领会其实质。第一章第一章明确基因是遗传的一个基本功能单位基本功能单位，它在适当的环境条件下控制控制生物的性状性状。第二章第二章明确基因基因以一定的次序排列在染色体染色体上。（与染色体的关系）第三章第三章明确基因基因是一段包含一个完整的遗传信息单位的有功能的核酸核酸分子片断，在 RNA 病毒中是一段 RNA （明确了基因的化学本质，与核酸分子的关系，与遗传信息

5、遗传信息之间的关系，深入理解如何储存传递遗传信息，如何控制性状，表达遗传信息。概述概述 DNA 分子结构的主要特点 1.DNA分子的结构层次2.DNA分子双螺旋结构的基本要点3.DNA 分子结构的稳定性、特异性和多样性4.DNA双螺旋结构模型的建立过程见后面章节分析概述概述 DNA 分子的复制DNA 复制的时间、条件、过程、特点和意义概述概述遗传信息的转录和翻译1.遗传信息转录与翻译的时间、场所、模板和过程2.DNA、mRNA 、tRNA 、核糖体在遗传信息表达过程中的协作关系3.基因对性状的控制情感态度与价值观目标情感态度与价值观目标 课标提出“体验科学家探索生物生殖、遗传和进体验科学家探索

6、生物生殖、遗传和进化奥秘的过程化奥秘的过程”，列出应用层次的“总结人类对遗传物质的探索过程”的要求。可见通过生物科学史组织教学应该是本模块的基本要求。从人类对遗传物质的探索过程中，可以领悟领悟人们对科学的认识是不断的深化与发展的。体会体会从实验材料的选择、研究思路的确定、技术手段的进步对研究过程所起的作用；看到看到不同学科的交叉与渗透以及合作在科学研究中的重要性；感悟感悟生物界多样性与共同性的统一。主要策略 在科学史科学史教学中渗透渗透 在“活动活动”中体验 在“小资料小资料”“”“课外读课外读”中感悟： （P48：DNA是遗传物质的间接证据； P52：核酸的发现和研究； P57：DNA双螺旋

7、结构模型的发现；）能力目标 科学方法渗透：假说-验证； 资料分析能力 建模能力 策略策略：问题解决中提高能力（呈现问题和矛盾，探究、分析、制作模型，体验等过程）课时安排课时安排教学内容教学内容 建议课时建议课时遗传的物质基础遗传的物质基础 2 课时课时 DNA 的分子结构和特点的分子结构和特点2 课时课时 学生实验学生实验 制作制作 DNA 双螺旋结构双螺旋结构模型（分析、讨论、制作、交流、模型（分析、讨论、制作、交流、总结）总结）0 课时课时 （课后指（课后指导完成）导完成） DNA 分子的复制分子的复制 1 课时课时 蛋白质的合成（转录、翻译和中蛋白质的合成（转录、翻译和中心法则）心法则）

8、2 课时课时 各节教材内容分析和教学建议各节教材内容分析和教学建议第一节 核酸是遗传物质的证据一、 遗传物质的间接证据二、 遗传物质的直接证据(一)细菌转化实验(二)噬菌体侵染与繁殖实验(三) 烟草花叶病毒拆合实验课标市指导意见解读及教学建议（几点想法）总总结结人类对遗传物质的探索过程1.肺炎双球菌转化实验2.噬菌体侵染细菌的实验 等 肺炎双球菌的转化实验以及噬菌体侵染细菌的实验是三个经经典实验典实验，应该进行重点、具体分析。 烟草花叶病毒感染烟叶的实验在实验设计的思想与方法上与DNA是遗传物质的实验是类似的，可以简单讲。1.具体目标具体目标分析分析肺炎双球菌转化实验及噬菌体侵染细菌的实验，证

9、明DNA是遗传物质；分析分析烟草花叶病毒侵染烟草的实验，证明RNA也是遗传物质；总结总结遗传物质的共同特征；评价评价人类探索遗传物质的实验设计思想与方法。 本节是落实课程目标落实课程目标“总结人类对遗传物质的探索过程”，落实情感态度价值观和科学过程与方法目标的重要载体重要载体。2.教材编写思路教材编写思路染色体是遗传物质的载体，DNA更具备作为遗传物质的主要特性。有什么证据可以说明？证据小资料：间接证据噬菌体侵染细菌的实验肺炎双球菌转化实验烟草花叶病毒重建实验“遗传的基本功能单位基因” 课外读：核酸的发现和研究教学建议：从遗传物质的发现史的角度进行教学，体现一个完整的遗传物质的科学发现过程，让

10、学生一直带着问题（谁是遗传物质？）去学习和分析实验。 提供足够的背景资料，设计问题情景，引导学生分析实验。 关注学生获得概念（基因发展）的过程，学生体验科学发现过程中的科学方法和研究思路，思考科学的本质，受到科学态度和精神的教育。3. 教材处理及教学建议教材处理及教学建议引入引入：谁是遗传物质？对遗传物质的早期推测推测 直接证据（顺序）RNA是遗传物质的证据间接证据（小资料）结论结论：核酸是遗传物质证据证据分析推理：作为遗传物质具备的条件二十世紀初认为蛋白质是遗传物质的原因：结构与功能上多样性，遗传异常与蛋白质有关贮存巨大数量遗传信息的能力但不能复制，含量不固定。P.A.T.Levene(19

11、30)提出“四核苷酸”假说E.Chargaff于1946-1950提出查伽夫定则重视引入，承前启后，基因概念的深度探究（逻辑思维过程）DNA是遗传物质的间接证据（小资料）1. DNA含量的恒定性；2.DNA代谢的稳定性；3. 基因突变与DNA紫外线诱变波长的关系。 紫外线诱发突变时，最有效的波长均为260 nm，与DNA的紫外线吸收峰是一致； 证明基因突变与DNA分子的变异密切联系。DNA作为遗传物质的直接证据作为遗传物质的直接证据（三个经典实验）（三个经典实验）细菌的转化细菌的转化实验（体内和体外转化实验（体内和体外转化）基础知识介绍：肺炎双（链）球菌（细菌），S菌和R菌，肺炎双球菌 特征

12、抗原型（稳定） 粗糙型(R) 无荚膜、粗糙菌落、 无致病性R、R 光滑型(S) 有荚膜、光滑菌落、有致病性 SSS核心问题：转化实验是如何证明DNA是遗传物质的？（围绕实验材料，实验现象，实验结果，实验设计的关键方法展开教学（围绕实验材料，实验现象，实验结果，实验设计的关键方法展开教学）处理好概念多的矛盾：转化、荚膜、菌落、培养基和败血症等。如何区分两种不同的菌株？（菌落特征，健康状况）两个实验作为一个整体进行分析。两个实验作为一个整体进行分析。发现问题一提出假说一实验验证一得出结论。抽血分离出活的抽血分离出活的S菌菌转化转化65杀死学生分析：现象：重现SIII型（转化）问题：SIII型从何而

13、来？ “格里菲斯之谜格里菲斯之谜”2.提出假设（解释或推论）加热杀死的S型细菌内某物质（转化因子）引起R型菌稳定性变异3. Avery在离体下转化在离体下转化实验。实验思路：将S型细菌中的多糖、 蛋白质、脂类和核酸等提取出来，分别与R 型细菌进行混合。 排除了糖、蛋白质、RNA。转化效率随着DNA纯度的增加而增加。4.结论：DNA是转化因子。DNA是使R菌产生稳定遗传变化的物质。 血液中分离出活血液中分离出活的的S型细菌型细菌疑难问题 为什么加热杀死后仍能转化？在转化实验中，加热至60可杀死 S型菌，蛋白质变性，但菌内DNA未被破坏，其DNA中控制某些遗传特性（如形成荚膜等）的基因片段通过转化

14、进入R型菌，从而使R型菌获得了形成荚膜等(对青霉素和对链霉素的抗性)的特性(性状)。细菌转化 指某一受体细菌通过直接吸收来自另一供体细菌的含有特定基因的脱氧核糖核酸（DNA）片段，从而获得了供体细菌的相应遗传性状，这种现象称为细菌转化 当时的当时的主流观点主流观点并不接受艾弗里并不接受艾弗里DNADNA是遗传物质的观念，是遗传物质的观念，认为提取的认为提取的DNADNA无论如何纯净，仍然可能有残余的蛋无论如何纯净，仍然可能有残余的蛋白质，蛋白质才是有活性的转化因子白质，蛋白质才是有活性的转化因子 针对学术界的否定意见，艾弗里于针对学术界的否定意见，艾弗里于19461946年用蛋白酶、年用蛋白酶

15、、RNARNA酶和酶和DNADNA酶分别处理肺炎球菌的细胞抽提物。酶分别处理肺炎球菌的细胞抽提物。 结果结果: :（1 1）可以破坏、消化蛋白质的胰蛋白酶和糜蛋白酶不）可以破坏、消化蛋白质的胰蛋白酶和糜蛋白酶不影响转化活性；影响转化活性；（2 2）分解、消化）分解、消化RNARNA的的RNARNA酶对转化活性无影响；酶对转化活性无影响；（3 3）在加入分解、消化）在加入分解、消化DNADNA的的DNADNA酶后，转化活性丧失。酶后，转化活性丧失。当艾弗里等人反复提纯的DNA提取物，只含有少于0.02%的蛋白质时，某些科学家仍然不愿接受DNA本身就是转化因子的结论，仍认为蛋白质承担着遗传信息载体

16、的作用。 发现遗传物质的化学本质是发现遗传物质的化学本质是DNA，这是基因研，这是基因研究上一个重要的里程碑。但在当时，这项重要的发究上一个重要的里程碑。但在当时，这项重要的发现并未引起足够的重视。艾弗里虽曾被提名为诺贝现并未引起足够的重视。艾弗里虽曾被提名为诺贝尔奖的候选人，但当时评奖委员会尔奖的候选人，但当时评奖委员会认为认为“最好等最好等到到DNA的转化机理更多地为人们所了解的时的转化机理更多地为人们所了解的时候再说候再说”。可是，当争议平息、诺贝尔奖评。可是，当争议平息、诺贝尔奖评选委员会准备授奖之时，他已经去世了。选委员会准备授奖之时，他已经去世了。 德尔布吕克领导的噬菌体小组开展的

17、研究德尔布吕克领导的噬菌体小组开展的研究为艾弗里提供了重要支持。为艾弗里提供了重要支持。当人们为艾弗里的实验而激烈争论时，当人们为艾弗里的实验而激烈争论时，研究噬菌体的美国微生物学家赫尔希研究噬菌体的美国微生物学家赫尔希等人在考虑，能否将蛋白质和等人在考虑，能否将蛋白质和DNADNA完完全分开，单独观察全分开，单独观察DNADNA的作用呢？他的作用呢？他们受赫里奥特思路的启发设计了一个们受赫里奥特思路的启发设计了一个精巧的精巧的噬菌体感染实验噬菌体感染实验。赫尔希与德。赫尔希与德尔布吕克尔布吕克( (原物理学家原物理学家) )和卢里亚一起，和卢里亚一起，获获19691969年的诺贝尔年的诺贝尔

18、生理学医学奖生理学医学奖奖。奖。 Alfred Day Hershey（19081997） 1951年，赫里奥特（年，赫里奥特（RHerriott）提出一个十）提出一个十分富有魅力和启发性的分富有魅力和启发性的假说假说： “病毒的作用可能像一个充满着转化因子病毒的作用可能像一个充满着转化因子的注射针。这样的病毒本身不会进入细的注射针。这样的病毒本身不会进入细胞，但它不仅用尾部接触寄生细胞，并胞，但它不仅用尾部接触寄生细胞，并可能通过酶的作用在细胞外膜上钻一小可能通过酶的作用在细胞外膜上钻一小孔，然后病毒头部的孔，然后病毒头部的DNA就钻入细胞。就钻入细胞。” 噬菌体优势：易于繁殖，在半小时内，

19、就能依赖一个细菌细胞繁殖出数百个子代噬菌体；易于计数：在培养基中，因为它们分解细菌而出现透明的噬菌斑；结构异常简单：噬菌体只含有蛋白质外壳和核酸内含物两种生物大分子，。赫尔希和蔡斯赫尔希和蔡斯噬菌体感染实验噬菌体感染实验3535S S标记蛋白质外壳的噬菌体标记蛋白质外壳的噬菌体感染感染细菌细菌细菌无放射性细菌无放射性 3232P P标记标记DNADNA内芯的噬菌体内芯的噬菌体感染感染细菌细菌细细菌有放射性菌有放射性 这一结果确凿无疑地证明，进入寄主细胞内这一结果确凿无疑地证明，进入寄主细胞内的是噬菌体的是噬菌体DNADNA，而不是蛋白质外壳。噬菌，而不是蛋白质外壳。噬菌体的体的DNADNA不但

20、包括噬菌体自我复制的信息，不但包括噬菌体自我复制的信息，而且包括合成噬菌体蛋白质所需要的全部信而且包括合成噬菌体蛋白质所需要的全部信息。息。 核心问题：为什么本实验能证明DNA是遗传物质？学生分析实验的基础：一是提供有关噬菌体的相关知识；二是问题引导且充分发挥图和动画的教学作用。 如何进行标记的？涉及噬菌体（病毒）的培养。 实验过程中用的细胞和培养基是没有被标记的。 侵染时间的问题：短时间要局限在一个繁殖周期内。 离心目的：通过沉降速度不同达到分离目的。 上清液和沉淀物中的结构是什么？ 放射性检测时高低：之所以不是有或无的主要存在于并不是所有的噬菌体都能对细菌进行侵染，以及离心分离技术的问题。

21、 此实验解决什么问题？（结论）谁在亲子代间保持连续性？75%85%烟草花叶病毒是一烟草花叶病毒是一种种RNA病毒，不病毒，不含含DNA，它有一，它有一个圆筒状的蛋白质个圆筒状的蛋白质外壳，由外壳，由2130个相个相同的亚基组成，内同的亚基组成，内有一条有一条RNA分子，分子，沿着内壁在蛋白质沿着内壁在蛋白质亚基之间盘旋亚基之间盘旋 RNA是遗传物质实验证据烟草花叶病毒拆合实验1. 拆分感染试验： 将TMV的RNA与蛋白质分离、提纯； 分别接种烟叶，发现RNA能使烟叶致病，而蛋白质不能； 用RNA酶处理RNA后接种烟叶也不能致病，表明RNA可能就是TMV的遗传物质。2. 重组合试验 Franke

22、l-Conrat, Singer (1956)进行了图示试验： 综上所述：多方面证据都直接或间接地表明DNA是主要的遗传物质，而在缺乏DNA的某些病毒中RNA就是遗传物质。 重视经典实验分析后的总结，引导学生装对遗传物质的问题有一个总的认识：在自然界的大多数生物中，DNA是遗传物质，在不含DNA而只有RNA的病毒中，RNA是遗传物质。DNA是主要遗传物质 人们彻底摒弃蛋白质是基因的化学本质人们彻底摒弃蛋白质是基因的化学本质的概念，是在的概念，是在19531953年沃森和克里克提出年沃森和克里克提出著名的著名的DNADNA双螺旋分子结构模型之后。双螺旋分子结构模型之后。 1953年年4月月25日

23、英国的日英国的Nature刊登刊登了沃森和克立克的了沃森和克立克的DNA的双螺旋结构模的双螺旋结构模型，这一天是分子生物学的诞生日。型，这一天是分子生物学的诞生日。 第二节 DNA的分子结构和特点课标市指导意见解读及教学建议（几点想法）概述 DNA 分子结构的主要特点 1.DNA分子的结构层次2.DNA分子双螺旋结构的基本要点3.DNA 分子结构的稳定性、特异性和多样性4.DNA双螺旋结构模型的建立过程1.要重视科学家对DNA双螺旋结构模型的建立过程，是对遗传物质探索的重要组成部分。落实“其他学科的理论方法技术对生物学发展的推动作用” 2.指导意见中的3点要明确地给学生（教材没有具体文字表述，

24、但这应（教材没有具体文字表述，但这应属于核心问题）属于核心问题）3.明确DNA与遗传信息的关系，与基因的关系。4.尽可能落实“活动”项目，培养建模意识和能力。1具体目标概述DNA的元素组成基本组成物质结构单位一级结构沃森-克里克双螺旋结构模型的基本论点； 说明DNA分子结构的稳定性、特异性和多样性。（理解DNA结构能够具备遗传物质的能力：稳定，多样，能够贮存巨大数量遗传信息的能力）-核心问题2教材编写思路（课外读）DNA和RNA的化学成分比较DNA的分子结构（明确基本单位，是脱氧核苷酸的多聚体）DNA的分子双螺旋结构特点（反向平行，主链外侧和内侧；碱基互补配对原则；卡伽夫法则）指出DNA与染色

25、体的关系学生活动-制作DNA分子双螺旋结构模型（课外读）DNA双螺旋结构模型的发现 3教材处理及教学建议仍然沿着科学家对遗传物质的探索发展历程来实施教学，把知识的传授过程优化成一个科学的探究过程，同时帮助学生深入理解DNA的分子结构，理解DNA空间结构的主要特点和DNA分子的多样性、特异性和稳定性，分析并让学生理解为什么DNA具备遗传物质的特点。教学流程教学流程科学家是如何揭示DNA分子结构的？（讲）RNA的结构及特点DNA与遗传信息的关系，与染色体的关系，与基因的关系。DNA分子结构如何体现其稳定性、特异性和多样性的？（分析）双螺旋结构模型的基本论点或特点？（图示分析）早期对核酸化学性质的研

26、究 虽然20世纪中才认识到DNA的生物学功能，核酸研究却已近百年历史： F.Mischer(1869)从外科绷带上脓细胞核中分离出一种不同于蛋白质的物质，含磷量高、并具有很强的酸性。他将这种物质称核素； A.Kossel(1879)发现酵母等核素具有A、G、T、C四种碱基； R.Altamm(1889)将核素命名为核酸。 Kossel(1901)又发现核酸中具有碳水化合物(糖)； P.A.T.Levene(1909)研究表明：酵母核酸含有五碳糖核糖； Fisher(1914)人工合成核苷酸； P.A.T.Levene(1929)又发现动物胸腺细胞核酸含有脱氧核糖. Levene将前者命名为核糖

27、核酸 RNA)，后者命名为脱氧核糖核酸(DNA)。并指出动、植物中均存在这两种核酸。(一) “四核苷酸”假说；1930年(二) 查伽夫定则及其意义；1946-1950年(三) 核苷酸序列关于核酸一级结构的内容(一) “四核苷酸”假说 P.A.T.Levene(1930)提出“四核苷酸”假说，认为： 核苷酸是核酸的基本组成单位基本组成单位； 核酸是“磷酸核糖(碱基)磷酸”的核苷多聚体。 四核苷酸假说奠定了核酸化学基础奠定了核酸化学基础。但同时认为： 核酸多聚体是由“四核苷酸结构”重复形成； 每个四核苷酸结构包含四种碱基各一个； 所以事实上认为在任何DNA中，四种碱基是等量四种碱基是等量的，DNA

28、是四核苷酸结构的简单重复简单重复。 这种观念影响了人们对核酸生物学功能的进一步认识。(二) 查伽夫定则及其意义 E.Chargaff于1946-1950年根据纸层析、离子交换层析和紫外分光光度试验结果提出查伽夫定则： 四种碱基的数量不是等量的四种碱基的数量不是等量的； 同一物种DNA碱基组成不变，而物种间则有很大不同； 嘌呤碱基总量与嘧啶碱基的总量(克分子总量)相等(A+G=T+C)，且A=T、G=C。(三) 核苷酸序列 查伽夫定则表明：核酸并不是四核苷酸结构的简单重复，核酸的碱基序列信息可能具有重要意义。 研究表明：碱基序列正是核酸生物学功能的基础，是遗传信息的内在形式。一级结构 戊糖碱基核

29、苷 核苷磷酸核苷酸 核苷酸 核酸 DNA长度：bpbase pair kbp (kb)klio-bp磷酸二酯键 一级结构指脱氧核苷一级结构指脱氧核苷酸在长链上的排列顺酸在长链上的排列顺序（碱基序序（碱基序列）列） 不同种不同种DNA之间的千之间的千差万别只是在碱基排差万别只是在碱基排列顺序不同。列顺序不同。 明确明确5和和3端，端， 链的链的方向方向53，对理解，对理解反向平行，反向平行，DNA的多的多样性，复制的方向性样性，复制的方向性都有着重要作用。都有着重要作用。 核酸链的写法通常从核酸链的写法通常从5ACGTGT3对对DNA的二级结构的探索的二级结构的探索20世纪中期，研究表明：核酸是

30、遗传信息的载体，显然DNA的结构研究是进一步研究其功能和作用方式的基础。由此激发了科学家从事核酸结构研究的兴趣，当时进行DNA结构研究的科学家很多，最重要有：1. 鲍林研究小组2. 威尔金斯、富兰克林研究小组3. 沃森、克里克研究小组1. 鲍林研究小组 主要工作： 鲍林(Pauling)等1951年(提出蛋白质-螺旋模型后)开始研究DNA分子结构。 根据阿斯伯利Astbury等1938年获得的DNA分子晶体X射线衍射图像(显示DNA分子晶体呈螺旋结构)进行研究。 提出DNA分子三链螺旋结构模型：引入多链、螺旋和氢键等概念。他是最早认定DNA分子具有与氨基酸链类似的螺旋结构的科学家 评价： 虽然

31、他们提出的模型并不正确，但是其研究方向和所采用的方法却为DNA分子结构模型研究确立了方向。 1951年，年，Pauling提出提出了蛋白质的了蛋白质的-螺旋螺旋结构。结构。2. 威尔金斯、富兰克林研究小组 主要工作成就： Wilkins和Franklin改进了DNA分子晶体X射线衍射图谱技术； 1951年获得了更为清晰的图像； 对DNA分子的结构作出了确切而关键性的描述：磷酸根在螺旋的外侧，碱基在螺旋内侧。 测得了DNA螺旋的直径和螺距。 富兰克琳是最早认定DNA具有双螺旋结构的科学家。富兰克林拍摄的富兰克林拍摄的DNADNA晶体的晶体的X X射线衍射照片，射线衍射照片，这张照片正是发现这张照

32、片正是发现DNADNA结构的关键结构的关键 应用X射线衍射技术确定晶体结构的简要过程：以X射线照射晶体获得获得不连续干涉的衍射图衍射图。从衍射线方面研究晶体的最小重复单位晶胞类型，大小，空间群等属于几何晶体学的一些参数。测量衍射线的强度测量衍射线的强度：晶胞中原子的位置及原子和种类的全部信息都包含在衍射线强度之中。推算衍射线的相位推算衍射线的相位：最重要和最难的问题。建立电子密度图建立电子密度图，确定原子或原子团的位置和种类，进而建立模型。精确定位精确定位：修正，得到精确的位置。素材：素材：3. 沃森、克里克研究小组 采用建立结构模型的方法，结合晶体学和数学方面开展研究。用纸板等做磷酸、核糖和

33、碱基模型，拼凑DNA分子的三维结构。 基于多位科学家的研究成果DNA双螺旋模型提出的重要基础AltmannKosselFisherLever等对碱基、核苷和核苷酸分离纯化、结构测定和全合成的研究（DNA分子组成）1950年 ，Chargaff关于DNA中A与T的含量相等，G与C的含量相等的规则。1952年Todd发现了核苷酸和核苷酸之间由磷酸二酯键联发现了核苷酸和核苷酸之间由磷酸二酯键联接，接，对核酸分子中核糖间3，5磷酸二酯键的测定研究1951年Pauling和Corey运用化学的定律来推理，而不做具体的实验，建立了蛋白质的-螺旋模型；1952年， Franklin 和Wilkins等对DN

34、A的X射线衍射结晶学的研究结果。特别是既符合Chargaff规则又与Franklin的X射线衍射数据一致，并考虑到了遗传物质的复制机制，是双螺旋模型能够登上科学之峰颠，并有展示未来能力之基石。Chargaff规则规则. A=T、G=C，即，即A+G=T+C. DNA的碱基组成具有种的特异性，即不同的碱基组成具有种的特异性，即不同种的种的DNA碱基组成不一样碱基组成不一样. 同一生物物种，同一生物物种，DNA的碱基组成没有组织的碱基组成没有组织和器官的特异性和器官的特异性. DNA的碱基组成不随年龄、营养状况及环的碱基组成不随年龄、营养状况及环境的改变而改变境的改变而改变双螺旋模型双螺旋模型 (

35、double helix model） DNA分子双螺旋结构模型要点 (1) 两条多核苷酸链两条多核苷酸链以右手右手螺旋的形式，彼此以一定的空间距离，平行地环绕于同一轴上，很象一个扭曲起来的梯子。(2) 两条多核苷酸链走向为反向平行反向平行。即一条链为53方向，而另一条为35方向(3) 每条长链的内侧内侧是碱基，碱基一方面与脱氧核糖相联系，另一方面通过氢键氢键与它互补的碱基相联系，相互层叠宛如一级一级的梯子横档。互补碱基对A与T之间形成两对氢键，而C与G之间形成三对氢键 (4) 上下碱基对之间的距离为3.4。每个螺旋为34(3.4nm)长，刚好含有10个碱基对，其直径约为20。 (5)在双螺旋

36、分子的表面大沟和小沟交替出现。在双螺旋分子的表面大沟和小沟交替出现。（沟对（沟对DNA和蛋白质的相互识别和结合都是很重和蛋白质的相互识别和结合都是很重要的。因为只有在沟内才能接触到碱基的顺序，要的。因为只有在沟内才能接触到碱基的顺序，表面是糖和磷酸的重复结构。大沟的空间可容纳表面是糖和磷酸的重复结构。大沟的空间可容纳其他分子阅读沟内的碱基顺序信息，并结合）其他分子阅读沟内的碱基顺序信息，并结合）（不讲）（不讲）碱基配对及氢键形成 针对这部分的教学也可以尝试在讲授完科学史后，利用教材中的DNA分子的一级结构进行分析讨论。针对学生提出的结果进行探讨和分析。如主链的构成，为什么说它是反向平行的？脱氧

37、核苷酸和脱氧核苷酸之间的如何形成连接的？进行碱基配对的结果是碱基嘌呤和嘧啶数量之间的关系？碱基对组成有几种情况？四种碱基对如何形成不同的DNA分子来蕴含不同的遗传信息？疑难问题 “碱基互补配对时为什么必须碱基互补配对时为什么必须A-T，G-C配对配对”？受几何形状限制，只有A-T，G-C配对，其形状才能正适合双螺旋的大小，安置在双螺旋内，不会使螺旋有任何畸变或丧失对称性。这两种碱基对还有一个特征，是处于一个平面具有二次旋转对称性。就是一个碱基对旋转180度并不影响双螺旋对称性，意味着4种碱基配对形式都允许处在这种几何形状中，也就是双螺旋结构只限定配对方双螺旋结构只限定配对方式式，并不限定碱基的

38、排列顺序。DNA双螺旋结构模型的意义 分子遗传学建立的标志，同时表明： DNA复制的明显方式半保留复制。Waston和Crick在1953年就指出：DNA可以按碱基互补配对原则进行半保留复制。而在此之前对复制方式人们对一无所知。 基因和多肽成线性对应的一个可能的理由：DNA核苷酸顺序规定该基因编码蛋白质的氨基酸顺序；DNA中的遗传信息就是碱基序列；并存在某种遗传密码，将核苷酸序列译成蛋白质氨基酸顺序。 在其后的几十年中，科学家沿着这两条途径前进，探明了DNA复制、遗传信息表达等内容。DNA的三级结构：的三级结构：超螺旋结构超螺旋结构从分子水平回到细胞水平（DNA与染色体的关系）DNA分子结构如

39、何体现其稳定性、分子结构如何体现其稳定性、特异性和多样性的？特异性和多样性的？在1943年，量子物理学家薛定谔把遗传物质设定为一种信息分子，DNA作为遗传物质如何储作为遗传物质如何储存巨大数量的遗传信息？存巨大数量的遗传信息？（遗传信息蕴藏在碱基的排列顺序中。遗传信息的不同意味着碱基的排列顺序不同。） 一个由n个碱基对组成的DNA分子可能的排列方式有多少种（4n种）？一个最短的DNA分子也有4000个碱基对，可能的排列方式有多少种？（44000种） 特异性：特异性：特定的DNA分子具有特定的碱基排列顺序。不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱基对的排列顺序肯定不同。稳定性：稳定性：稳定性是由DN

40、A分子的碱基互补配对以及双螺旋等特点决定的。维持其结构的力维持其结构的力有氢键，疏水作用和碱基堆积。DNA与孟提出的因子（基因）是什么关系？ 实例说明基因与DNA关系实例1：大肠杆菌拟核1个DNA分子长度约为4，700，000个碱基对，在其分布着约4400个基因，每个基因的平均长度约为1000个bp。 实例2：人24条染色体，31.6亿个碱基对，约有3.5万个基因从数量上说明基因是DNA上的片段。实例3：生长在太平洋的一种海蜇能发绿色荧光，是因为海蜇的DNA分子上有一段长度为5170个碱基对的片段绿色荧光蛋白基因。转基因实验表明，转入了此基因的小鼠，在紫外线的照射下也发光。说明基因是有遗传效应

41、的。综上所述，学生可以很自然得出如下的结论：基因是有遗传效应的基因是有遗传效应的DNA片段片段。经历了近百年的追寻，人们终于认识到，基因位于染色体上，基因是有遗传效应的DNA片段。可以让学生总结总结基因的概念（基因与DNA关系，基因的功能，基因与染色体的关系）对对“制作制作DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型”活活动的教学建议动的教学建议 DNA分子双螺旋结构模型的实验很重要，通过模型的制作，不仅加深学生对DNA分子结构的认识，还能体会到模型实验的重要性微观问题宏观化、抽象问题具体化、深奥问题简单化等。要充分认识到活动的价值和意义。 处理办法：课上完成。课前完成或课下完成。补充：补充： DNA分

42、子构型的多态性分子构型的多态性 近来发现DNA的构型并不是固定不变的，除主要以沃森和克里克提出的右手双螺旋构型存在外，还有许多变型。 一般将沃森和克里克提出的双螺旋构型称为BDNA。BDNA是DNA在生理状态下的构型。生活细胞中极大多数DNA以BDNA形式存在。 但当外界环境条件发生变化时，DNA的构型也会发生变化。实际上在生活细胞内，BDNA一螺圈也并不是正好10个核苷酸对，而平均一般为10.4对。DNA的构象现已知有A，B，C，D，E，T，Z 7种。引起DNA双链构象改变有以下因素：（1）核苷酸顺序；（2）碱基组成；（3）盐的种类；（4）相对湿度。 当DNA在高盐浓度下时，则以ADNA形式

43、存在(图)。 ADNA是DNA的脱水构型，右手螺旋，每螺圈含有11个核苷酸对。比较短和密，其平均直径为23。大沟深而窄，小沟宽而浅。在活体内DNA并不以A构型存在，但细胞内DNARNA或RNARNA双螺旋结构，却与ADNA非常相似。 某些DNA序列可以以左手螺旋的形式存在，称为ZDNA(图)。 当某些DNA序列富含GC，并且在嘌呤和嘧啶交替出现时，可形成ZDNA。ZDNA除左手螺旋外，其每个螺圈含有12个碱基对。分子直径为18，并只有一个深沟。现在还不知道，ZDNA在体内是否存在。 DNA加热变性后，若经骤然降温，互补链碱基之间来不及配对加热变性后，若经骤然降温，互补链碱基之间来不及配对互补，

44、形成氢键联系，两链维持分离状态。互补，形成氢键联系，两链维持分离状态。慢慢骤骤 DNA发生热变性后，经缓慢降温，如放置室温逐渐冷却，解开发生热变性后，经缓慢降温，如放置室温逐渐冷却，解开的互补链之间对应的碱基对再形成氢键，恢复完整的双螺旋结构，的互补链之间对应的碱基对再形成氢键，恢复完整的双螺旋结构，称复性。称复性。DNA变性和复性变性和复性（根据情况选择教学，（根据情况选择教学，为为PCR提供基础）提供基础） DNA分子双螺旋结构模型的发现，是生分子双螺旋结构模型的发现，是生物学史上的一座里程碑：物学史上的一座里程碑：为为DNA复制提供了构型上的解释，使人复制提供了构型上的解释，使人们对们对

45、DNA作为基因的物质基础不再怀疑作为基因的物质基础不再怀疑奠定了分子遗传学的基础。奠定了分子遗传学的基础。RNA的分子结构 列表比较RNA与DNA的不同（成分和结构） 大部分RNA以单链形式存在，但可以折叠起来形成若干双链区域。在这些区域内，凡互补的碱基对间可以形成氢键(图)。但有一些以RNA为遗传物质的动物病毒含有双链RNA。 RNA的分子结构的分子结构各种RNA的介绍mRNA1.约占5%，自DNA转录信息与核糖体结合后，在核糖体上合成蛋白质2.在核中合成后再移至核糖体上，成为合成蛋白质的铸模3.分子大小为三种RNA间最大，具有碱基配对的专一性4.为单股线型结构5.mRNA碱基序列以三个为一

46、组决定氨基酸的组成为密密码子码子6.密码子决定蛋白质中氨基酸的排列顺序rRNA1.约占80%，与蛋白质结合形成核糖体2.存在于核糖体上，分子大小介于mRNA与tRNA之间3.可供mRNA附着，并无配对专一性tRNA1.游离于细胞质内，可携带氨基酸参与蛋白质合成2.结构为十字叶型，且分子最小3.每个tRNA亦有碱基序列，与mRNA上的碱基配对的反密码子密码子第三节遗传信息的传递第三节遗传信息的传递课标市指导意见解读及教学建议（几点想法）概述 DNA 分子的复制DNA 复制的时间、条件、过程、特点意义1.这部分内容属于理解水平的内容。2.明确指导意见中的各部分要求3.是让学生进一步理解科学研究方法

47、：假说演绎法（推理实验证据）的重要材料。本节开始了DNA的功能学习，作用机制问题，如何传递遗传信息，保证遗传物质的稳定性？（复制）如何表达遗传信息，控制性状？1. 具体知识要求具体知识要求概述DNA的复制场所、时间和过程说明DNA复制的条件、分子基础和特点揭示DNA复制的实质及意义3. 教材处理及教学建议教材处理及教学建议问题：问题：DNA做为遗传物质如何在亲子代间保持连续性，传递遗传信息？推测：几种推测：几种复制模型和方式证据：证据：梅尔森实验；梅尔森实验；5-溴尿嘧啶的实验溴尿嘧啶的实验（染色体水平）分（染色体水平）分析复制特点析复制特点DNA复制过程过程DNA复制意义义DNA复制的概念实

48、验证明半保留复制的方式沃森克里克提出遗传物质复制的假说复制过程复制的意义。小资料：染色体水平证明半保留复制的方式。2.教材编写思路教材编写思路推测推测 Watson 和Crick发表了DNA双螺旋模型之后不久，于同年又发表了DNA半保留复制模型，这一建立在碱基互补基础上的机制为转录、修复、重组、分子杂交等奠定了基础。 沃林和克里克1953年的原始论文中一段话：“我们的DNA模型实际上是一对模板，每一模板与另一个互补。我们设想：在复制前氢键断开，两条链松开、分离，然后每条链作为形成自己新链的模板，最后我们从原先仅有的一对链得到了两对链，而且准确地复制了碱基序列。” 这一推测的DNA复制模式，后来

49、得到了实验事实的充分证明。 全保留复制模型:在全保留模型中两条母链彼此结合，恢复原状，新合成的两条子链彼此互补结合形成一条新的双链。 分散模型:在分散模型中亲代双链被切成双链片段，而这些片段又可作为新合成双链片段的模板，新、老双链片段又以某种方式聚集成“杂种链”。当时人们对半保留模当时人们对半保留模型是持怀疑态度的，型是持怀疑态度的，因双螺旋模型中存在因双螺旋模型中存在最大的问题是双链是最大的问题是双链是如何打开的？其所需如何打开的？其所需的能量从何而来？的能量从何而来？人们为了避开打开双人们为了避开打开双链这个难题，又提出了链这个难题，又提出了另外两个模型：另外两个模型：实验实验(证据证据)

50、 1958年，梅塞尔森（MMeselson）和斯塔尔（FWStahl）应用重氮标记与密度离心技术，证明大肠杆菌DNA的半保留复制。 真核生物姐妹染色单体差别染色方法MeselsonStahl实验实验 1958年，年， Meselson和和Stahl首先将大肠杆菌首先将大肠杆菌在含在含重同位素重同位素15N的培养基中培养约的培养基中培养约15代，使所代，使所有细菌都被有细菌都被15N标记。然后移至只含有标记。然后移至只含有轻同位素轻同位素14N的培养基中同步培养一代，二代，三代。分的培养基中同步培养一代，二代，三代。分别提取别提取DNA，作，作CsCl密度梯度离心，观察密度梯度离心，观察DNA的

51、位置。的位置。 重同位素重同位素15N作作DNA标记。标记。15N会导致会导致DNA分子密度分子密度显著增加，不同密度的显著增加，不同密度的DNA可通过密度梯度离心区可通过密度梯度离心区分开来，分布在离心管的不同位置。分开来，分布在离心管的不同位置。 描述和分析描述和分析2项实验的实验结果，分析每一代项实验的实验结果，分析每一代DNA双链组成双链组成 推测复制特点。推测复制特点。Meselson第二项实验将第一代的14N/ 15N杂种链变性杂种链变性使双链使双链分开将变性前后的双链和单链分别进行CsCl密度梯度离心。变性前杂种双链只有一种带，密度为1.717克/厘米3， 变性后两条单链的密度不

52、同，因而呈现了两条带 一条为15N带，（1.740克/厘米3）另一条为14N带（1.725克/厘米3）。对照的样品是从肺炎球菌中提取的DNA，变性前后都只有一条带，密度为1.700克/厘米3。Meselson第一项实验真核生物姐妹染色单体差别染色方法 在复制过程中用胸苷尿嘧啶的类似物5溴脱氧尿嘧啶(BUdR）掺入到新合成的DNA中。 母链含有T（胸苷），新链含BUdR 用荧光染料染色 正常链和T-BUdR杂种链都可以染色，但含BUdR的双链是不能染色的，这样在荧光显微镜下可观察到两条姐妹染色单体的荧光强弱不同。DNA染色体染色体 1974年Korenberg和Freedlender改进了这一实

53、验技术，在掺入BUdR后经紫外光的照射，可损伤含有BUdR的双链，这样再用Giemsa染色，只有含T双链或T-BUdR杂种链可被染色，而BUdR双链则因DNA破坏染不上色。这样在培养的第二次分裂中期染色体的两个姐妹染色单体一个染上深紫色，另一个不染色（斑色染色体）。DNA的的复制复制条件（酶，模板，原料，条件（酶，模板，原料， RNA引物）场所时期，特点引物）场所时期，特点复杂：半保留复制半不连续复制合成新链方向是复杂：半保留复制半不连续复制合成新链方向是 5 3延伸延伸多种酶和蛋白质的作用多种酶和蛋白质的作用DNA聚合酶只能从聚合酶只能从3 延伸DNA链连接酶解旋酶引物酶复制的方向示意图 半

54、不连续复制：半不连续复制： 在在DNA复制过程中，亲代复制过程中，亲代DNA分子中以分子中以3 5方向的母链作为模板指导新的链以方向的母链作为模板指导新的链以5 3 方向方向连续连续合成，合成， 另一股以另一股以5 3 为方向的母链则指为方向的母链则指导新合成的链以导新合成的链以 5 3方向合成方向合成10002000个个核苷酸长度的许多核苷酸长度的许多不连续不连续的片段（岗崎片段），的片段（岗崎片段），这种复制方式称之为半不连续复制。这种复制方式称之为半不连续复制。复制过程中的一些酶和蛋白 DNA聚合酶聚合酶:聚合作用:需要提供合成模板；不能起始新的DNA链，必须要有引物提供3OH；合成的方

55、向是53。 DNA解旋酶解旋酶：是一类类解开氢键的酶，由水解ATP来供给能量。 DNA连接酶连接酶：催化DNA链内相邻核苷酸单链缺口的5-PO4与3-OH形成磷酸二酯键。连接相邻的冈崎片段，使后随链成一条完整的DNA新链。 引发酶：引发酶：是一类识别DNA单链模板特异顺序，以核糖核苷三磷酸为底物合成寡聚核苷酸引物的酶，产生3-OH，用来引导DNA聚合酶起始DNA链的合成。 单链结合蛋白单链结合蛋白：这类蛋白质同DNA单链结合，防止核酸水解酶的作用，又可避免DNA单链重新构成双链。复制的保真性复制的保真性 长期进化过程中，使生物体DNA复制过程形成了一系列保真机制，保证复制准确，遗传稳定。 DN

56、Apol和和 的的35活性活性 当新合成的DNA中含错配核苷酸对时，双螺旋发生变形，因而不能 在裂缝中向前滑动，只能后移，这时35外切酶激活，切除错 配核苷酸。错配核苷酸切除后，聚合反应继续进行。 开始合成错配率高，短核苷酸序列中的开始合成错配率高，短核苷酸序列中的 错配不错配不易校正。易校正。 RNA引物起始复制引物起始复制，引物最终除去，减，引物最终除去，减少错配。少错配。 修复系统有多种机制和酶修复系统有多种机制和酶。 DNA复制的起动使细胞（原核和真核）进一步分裂。从这个观点出发，也可以说细胞的增殖取决于DNA复制是否起动。 在复制未完成时细胞是不会发生分裂的。因为只有复制完成才能触动

57、细胞分裂 核心问题 DNA复制主要包括起始、延伸、终止三个阶段，是通过各种蛋白质、酶以及蛋白质与DNA之间的相互作用完成的。 复制机理的复杂性 多种酶类的相互作用 复制的准确性（修复，校正） 半保留复制；边解旋边复制 能够自我复制是遗传物质的重要特征之一 人工合成DNA的实验证实了DNA分子的复制功能DNA的半保留复制的意义：v从生物的生殖和遗传的角度认识其意义从生物的生殖和遗传的角度认识其意义vDNADNA的半保留复制的半保留复制保证亲代的遗传信息稳保证亲代的遗传信息稳定地传递给子代，保持前后代遗传信息定地传递给子代，保持前后代遗传信息一定的连续性，保证遗传的稳定性。一定的连续性，保证遗传的

58、稳定性。建议：整合选修建议：整合选修1中的中的PCR技术技术 在复制的基础上利于学生理解技术的原理；节约教学时间。 课程标准要求：尝试PCR技术的基本操作和应用 知识内容：PCR原理：体外复制的条件与体内复制条件的比较，变性和复性PCR条件：TaqDNA聚合酶，模板，DNA或RNA引物，原料PCR的反应过程：变性、复性和延伸三步，30多次循环第四节第四节 遗传信息的表达遗传信息的表达 RNA和蛋白质的合成和蛋白质的合成基因发挥作用的机制基因发挥作用的机制课标市指导意见解读及教学建议（几点想法）概述遗传信息的转录和翻译1.遗传信息转录与翻译的时间场所、模板和过程翻译2.DNA、mRNA 、tRN

59、A 、核糖体在遗传信息表达过程中的协作关系3.基因对性状的控制1. 属于理解水平。2.内容抽象，难点，用多媒体突破。3.建议增加基因对性状的控制例子深入基因与蛋白质、性状的关系。4.分析中心法则发展的实验资料，体会科学的本质和特点（逼近真理的过程。以实证为判断尺度，以逻辑作论辩武器，以怀疑作审视出发点）。5.遗传密码的推导和实验论证作为选教内容。6.总结DNA具备作为遗传物质的条件，对知识进行梳理。1.具体要求具体要求 区别遗传信息转录的场所、模板、过程、结果与条件； 说明翻译过程是信使RNA、转运RNA、核糖体三者之间协同作用的结果； DNA分子的碱基序列与蛋白质分子的氨基酸序列之间的对应关

60、系上分析说明遗传密码的构成方式； 解说中心法则的论点和意义。 举例说明基因对生物性状的控制作用。(举例说明基因与性状的关系)2.教材编写思路教材编写思路指出DNA与蛋白质的关系明确DNA的双重功能。转录翻译提出中心法则及其发展基因概念的总结中心法则及其发展蛋白质的合成为什么RNA适合于作DNA的信使？举例说明举例说明基因、蛋白质、性状的关系基因、蛋白质、性状的关系总结：基因的概念总结：基因的概念总结：总结：DNA双重功能双重功能氨基酸怎样运到核糖体的mRNA上？DNA遗传信息如何传给信使RNA？碱基与氨基酸之间的对应关系？3. 教材处理及教学建议教材处理及教学建议基因、蛋白质与性状这三者的关系