DNA分子的结构和复制

1、DNA分子的结构和复制 教学目的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。3.通过学习DNA分子的结构，培养学生的空间想象能力。4.通过制作DNA双螺旋结构模型，培养学生的创新能力和动手操作能力。5通过“设同议论补充结论”的教学模式，充分发挥学生的主体作用。教学重点DNA分子的结构和复制。教学难点DNA分子的结构特点和DNA分子的复制过程。教学用具1.DNA双螺旋结构模型。2.DNA分子复制过程图解。3.自制的幻灯胶片。教学方法探究与讲述相结合。教材分析本节内容用两课时。第一课时讲DNA分子的结构，第二课时讲DNA分子的复制。利用两课时之间的课余时间让学生自制

2、DNA双螺旋结构模型。为了能使学生制作成功，在第一课时多用些时间，适当补充些有关DNA的生化知识，让学生很好地掌握DNA“双链、螺旋，平行，反向，配对”的空间结构，为第二节DNA分子的复制的学习打下基础。  第一课时引言：我们已经学习了DNA是主要的遗传物质及DNA作为遗传物质的证据。同学们已经知道：DNA在生物传种接代、生命延续中的重要作用。不知有没有想过。提问：为什么DNA在生命活动中的作用如此重要？（生甲：与DNA结构严谨有关；生乙：与DNA可以复制有关。）教师小结：同学们回答得很好！DNA能在遗传中起重要作用与它的结构和功能特点有密切的关系。那么，DNA结构如何？怎

3、样进行复制呢？在学习之前，我们还是来回忆一下“生命的物质基础”中的有关知识。提问：核酸有几种？回答：核酸有两种：核糖核酸RNA和脱氧核糖核酸DNA。提问：核酸是由哪些元素组成的？回答：核酸是由C、H、0、N、P五种元素组成的。提问：构成核酸的基本单位是什么？回答：是核苷酸。讲述：核苷酸有两大类：一类是构成RNA的基本单位：核糖核苷酸；另一类是构成DNA的基本单位：脱氧核糖核苷酸。提问：在粗提取DNA的实验中，DNA哪一个重要特性是在实验中应引起注意的？（回答：极易吸附于玻璃上因而不能用玻璃试管。）提问：RNA与DNA有何区别？（学生讨论：略）教师小结：出示幻灯片，附表于后。讲述：1953年英国

4、科学家克里克和美国科学家沃森共同提出了DNA的双螺旋结构。1.构成DNA分子的基本单位脱氧核糖核苷酸。讲述：戊糖的第二号碳原子脱去了一个氧原子，故为脱氧核糖；含N碱基与脱氧核糖的第一号碳原子间脱去一个水分子连在一起构成一分子核苷；磷酸分子与脱氧核糖的第五号碳原子间脱去一个水分子连在一起构成一分子脱氧核糖核苷酸；构成脱氧核苷酸的含N碱基共有4种：嘌呤：腺嘌呤A、鸟嘌呤G；嘧啶：胞嘧啶C、胸腺嘧啶T。由此：四种含N碱基分别构成了四种脱氧核苷酸：腺嘌呤（A）脱氧核苷酸。鸟嘌呤（G）脱氧核苷酸。胞嘧啶（C）脱氧核苷酸、胸腺嘧啶（T）脱氧核苷酸。2脱氧核苷酸间通过脱水缩合连在一起成为多核苷酸链。讲述：上

5、一分子脱氧核苷酸的第3号碳原子脱去（OH），下一分子脱氧核苷酸的磷酸分子脱去（H），这样脱去一分子水使两个脱氧核苷酸连在一起。多个脱氧核苷酸通过脱水缩合便形成了脱氧核苷酸链（多核苷酸链）：外侧链“磷酸脱氧核糖”交替排列，含N碱基连在链的脱氧核糖上。3.DNA分子是由两条平行且反向的多核苷酸链构成。讲述：在双核苷酸链的外侧骨架一条为：磷脱磷脱；另一条为：脱磷脱磷；两条链上的脱氧核苷酸数目相等，长度一样，排列反向；内部的碱基间严格遵循碱基互补配对原则：一条链上有碱基A，另一条链必有碱基T与其配对，一条链上有碱基C，另一条链上必有碱基G与其配对；碱基间通过氢键连在一起：A与T有两个氢键，G与C有三个

6、氢键。由此，在双链DNA分子中：嘧啶碱基的总数与嘌呤碱基的总数相等。AGCT。这可作为判断单、双链DNA的唯一依据。但不同生物的DNA分子中AT对和GC对的比例不同：（AT）（GC）a(不同生物a值不同）。4.DNA分子的立体结构是规则的双螺旋结构。（出示DNA双螺旋结构模型）讲述：在DNA分子的双链螺旋结构中：共有四种碱基对：AT对、TA对、GC对、CG对。每螺旋一周一条链由10个脱氧核苷酸构成，也就是有10对碱基可螺旋为一周，这样的螺旋结构对链上的脱氧核苷酸顺序无任何限制。因此，DNA分子中的脱氧核苷酸的排列顺序千变万化。从四种碱基中任选三种在一条链上作全排列的形式就有4364种。假设一条

7、链上有4000个碱基，按全排列的公式推算则有多少种排列顺序呢？（让学生通过对数计算可以得出44000=102408种）这样千变万化的顺序决定了生物界的多样性。人类中找不到两个人的指纹完全相同就在于此。但是，每一DNA都有其特异的脱氧核苷酸的排列顺序。由此，我们完全可以通过对DNA中脱氧核苷酸序列的测定建立人的DNA档案，鉴别人的血缘关系，为刑事案的侦破提供可靠依据，是人类基因组计划研究的重要组成部分。由上1、2、3、4可知：DNA的结构为：（板书）这样严谨的结构，使DNA分子的结构具有相对的稳定性，从而使生命能种族延续、代代相传遗传。二、制作DNA双螺旋结构模型（让学生结合上课时及教材上所讲有

8、关DNA结构的内容，自己动手制作DNA双螺旋结构模型，进一步加深对DNA分子结构特点的理解，选择适当的材料，利用课余时间，每四人分成二组进行制作。）（经收回后检查，有些小组制作效果不太好，存在下列问题1.碱基间距不一2.双链不平行3.没有体现出“反向”。4.每螺旋一周不足10个脱氧核苷酸或多于10个。但在选材上，同学们费了心思：有硬纸片，有玉米杆，有橡皮泥，还有用泥土捏制等。）（各小组就制作过程进行充分讨论，略。）教师小结：同学们讨论的很好，在制作时应该：1选材要适当，易取，易制为好。2把嘌呤和嘧啶两类碱基从形状上区别开。3外侧骨架“脱磷脱磷”链的平行和反向。4螺旋一周必须为10个核苷酸。5氢

9、键数目：AT对两个，CG对三个。制作不好的各小组的同学，下课以后，不妨重新制作。能制好吗？生：能！师：好！我和同学们一起等你们满意而归。提问：在制过程中，有没有同学想到DNA是左旋，还是右旋呢？生：这个没想过，我们认为是左旋。师：好！DNA到底是左旋，还是右旋，我在这里就不详述了，等同学们升了大学后再学习。第二课时引言：同学们已经知道了DNA作为遗传物质与严谨的双链螺旋结构有关，还与其功能有关。而复制是DNA的重要功能，那么，何谓复制？复制的过程如何？有何意义呢？在学习之前：提问：对真核生物而言， DNA主要存在于细胞的什么部位？（回答：DNA主要存在于细胞核内。）提问：DNA结构怎样？（答：

10、双链螺旋结构极性反向平行碱基互补配对排列顺序无穷。）提问：细胞周期中的间期细胞有何主要变化？（答： DNA分子的复制，有关蛋白质分子的合成。）提问：何谓复制？（答：略）补充：这里说的复制不是指其他物品的复制，是指DNA分子的复制，就是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。则1DNA2DNA。那么，怎样由1DNA2DNA呢？这就是：2.DNA复制的过程（出示DNA复制过程的图解教学挂图，让学生结合图解得出“解旋、合成、复旋”的结论。）教师补充：DNA分子复制包括：解旋：在DNA解旋酶的作用下，能量ATP的参与，把双链螺旋的DNA打开氢键，解开成为两条单链，且以单链为模板。合成：在DNA合成酶

11、的作用下，以母链为模板， ATP为能量，脱氧核苷酸为原料，按碱基互补配对原则合成为一条新的子链。复旋：在DNA复旋酶的作用下，以ATP为能量，一条母链和一条子链螺旋成为一个新的DNA分子。即：1DNA2DNA单链（母）2母2子（母十子）（母十子）2DNA由上述过程可以知道，在以母链为模板合成新的子链的过程中，新合成的子链上脱氧核苷酸的排列顺序与另一条每链上脱氧核苷酸的排列顺序完全相同，故母链与子链螺旋化形成的新DNA分子中碱基对的排列顺序也完全相同；新形成的每个DNA分子中的双链有一条是未自上代DNA的母链，所以叫半保留复制。科学家已经用35P或14N同位素示踪得以证实。（结合DNA分子的复制

12、过程让同学们展开讨论。）提问：DNA分子复制时需何条件？（回答：略。）补充：DNA分子复制：发生在细胞周期的间期；主要在细胞核内进行；ATP作能量；A、T、G、C四种大量的脱氧核苷酸为原料；严格遵循碱基互补配对原则；需酶系统参与（解旋酶，合成酶、复旋酶）；DNA具作模板的能力；伴随有RNA的转录。提问： DNA分子复制对DNA作为遗传物质有何意义？（回答：略。）补充：在DNA分子复制时：边解旋、边合成、边复旋，多个起始点同时进行，节省时间、效率高。新DNA分子双链为“一母一子”；因此复制更为精确，致使遗传信息更加稳定。稳定的遗传信息从亲代传递给子代，从而使生物的前后代保持了一定的连续性。但是，这并不意味着复制时毫无差错，否则，自然界便没有了变异，生物界就不会向前发展。（为以后学习“变异”打下伏笔）提问：一个DNA分子复制几代后的情况如何？（回答：略。）补充：因DNA复制采用半保留的方式，所