第5节 核酸是遗传信息的携带者教学设计

第5节核酸是遗传信息的携带者课程：高中生物学教材：高中生物学人教版必修1分子与细胞章节：第5节核酸是遗传信息的携带者教材分析本节教材重点落实的内容是核酸的种类、分布及其功能，以及生物大分子以碳链为骨架的基本观念。通过对DNA和RNA的组成、结构和分布的比较，帮助学生理解核酸作为遗传信息载体的核心作用，明确DNA是主要的遗传物质，部分病毒以RNA为遗传物质。结合“DNA指纹”等生活实例，引导学生认识核酸在刑侦、医学等领域的应用，体现科学与社会的联系。教材从核苷酸的基本结构出发，层层递进地构建核酸的分子层次概念，培养学生的结构与功能观、物质统一性思维。通过图示对比DNA与RNA的化学组成差异，强化观察与归纳能力。最后将多糖、蛋白质、核酸统一于“以碳链为骨架”的生物大分子概念中，突出碳元素在生命分子中的核心地位，使学生形成“生命源于碳骨架”的整体认知，理解细胞化合物的动态平衡对生命活动的意义，进而树立生命的物质性和系统观。学情分析学生在初中阶段已初步了解细胞的基本结构和功能，对DNA作为遗传物质有基本认知，这为学习核酸知识奠定了基础。高中生的抽象逻辑思维正在发展，能够理解核酸作为生物大分子的结构特点，但对核苷酸连接方式、DNA与RNA的化学组成差异等微观概念仍需要借助模型和图示来强化理解。本节重点在于掌握核酸的种类、分布及基本组成单位，难点在于理解核苷酸排列顺序如何储存遗传信息，以及DNA与RNA在结构和功能上的区别。要求学生能够区分两类核酸的组成差异，并理解核酸作为遗传信息载体的重要作用，这对培养他们的生物大分子观念至关重要。教学目标生命观念：

通过观察DNA和RNA的分子结构模型，区分两类核酸的化学组成差异，理解核酸作为遗传信息载体的核心功能。科学思维：

结合脱氧核苷酸序列多样性的实例，分析DNA分子储存遗传信息的机制，归纳核酸在遗传变异中的关键作用。科学探究：

利用碱基配对规律图表，比较DNA与RNA的碱基种类差异，总结两者在细胞中分布的特点及生物学意义。社会责任：

结合DNA指纹技术的应用案例，探讨核酸研究对社会安全（如刑侦）和疾病防控（如病毒检测）的贡献，强化科学技术的伦理意识。重点难点教学重点1.核酸的分类及DNA与RNA的分布特点。

2.核苷酸的组成及其碱基种类差异。

3.遗传信息储存在核酸的核苷酸序列中。教学难点1.理解DNA双链与RNA单链结构差异。

2.区分脱氧核苷酸与核糖核苷酸的组成。

3.认识碳链在生物大分子中的骨架作用。课堂导入大家应该都听说过亲子鉴定，在一些民事纠纷或刑事案件中，它能确定个体之间的亲缘关系。亲子鉴定的关键技术正是基于核酸检测，尤其是DNA分析。DNA就像每个人独特的“遗传密码”，通过对比不同个体的DNA序列，就能准确判断亲缘关系。那核酸究竟是什么物质，为何能蕴含如此关键的遗传信息？它在细胞中又是如何分布的呢？除了亲子鉴定，核酸在生物的遗传、变异等方面还起着哪些重要作用？带着这些疑问，让我们一起走进今天关于核酸的学习。探究新知核酸的种类及其分布情境展示情境资料在法医学鉴定中，DNA检测是确认个体身份的重要手段。例如，在灾难事故或刑事案件中，即使遗体组织严重受损，只要提取到细胞核中的遗传物质，就能通过比对DNA序列进行身份识别。此外，现代疫苗研发中也广泛应用RNA技术，如mRNA新冠疫苗通过将编码病毒蛋白的RNA导入人体细胞，指导合成抗原蛋白，从而激发免疫反应。这些应用都基于核酸作为遗传信息载体的核心功能。任务探究DNA为何能作为个体身份识别的依据？这与其分布特点有何关联？RNA主要分布在细胞质中，这一分布特征如何支持其在蛋白质合成中的功能？若某细胞的线粒体DNA发生突变，是否可能影响该细胞的正常功能？为什么？任务分析DNA携带个体特有的遗传信息，具有高度特异性，且在真核细胞中主要分布在细胞核内，稳定性高，易于提取和比对，因此可用于身份鉴定。RNA参与蛋白质合成过程，而蛋白质合成场所位于细胞质中的核糖体，RNA主要分布在细胞质中有利于其快速参与翻译过程。可能影响。因为线粒体含有少量DNA，能够编码部分与能量代谢相关的蛋白质，若其DNA发生突变，可能导致线粒体功能异常，进而影响细胞的能量供应。知识讲解（一）核酸的化学本质与分类核酸是一类含磷的生物大分子，具有酸性，广泛存在于细胞中。根据五碳糖种类的不同，核酸分为两类：脱氧核糖核酸（deoxyrib（二）DNA的分布在真核细胞中，DNA主要分布在细胞核内，与组蛋白结合形成染色质。此外，线粒体和叶绿体等细胞器中也含有少量DN图4-5真核细胞中DNA的主要分布（三）RNA的分布RNA主要分布在细胞质中，包括核糖体RNA（rRNA）、信使RNA（mRNA）和转运RNA（tRNA）等多种类型。虽然前沿热点mRNA疫苗在传染病防控中的突破性应用与RNA分布及功能的关联：

近年来，基于RNA技术的疫苗在传染病防控中取得重大进展。以mRNA新冠疫苗为例，其核心原理是将编码新冠病毒刺突蛋白的mRNA包裹在脂质纳米颗粒中，递送至人体细胞的细胞质内。由于R对未来医学发展的启示：

mRNA疫苗具有研发周期短、生产灵活、易于改造的优点，已拓展至流感、HIV、癌症治疗性疫苗等多个领域。这一进展不仅验证了RN核酸是由核苷酸连接而成的长链情境展示情境资料在现代刑侦技术中，DNA指纹技术被广泛应用于案件侦破。通过对现场遗留的血液、毛发或唾液等微量生物样本进行DNA分析，可以准确识别个体身份。这一技术的科学基础在于：每个人的DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序具有独特性，如同“分子身份证”。例如，在一起刑事案件中，警方通过比对嫌疑人与现场提取的DNA样本，成功锁定了真凶。这种高度特异性的遗传信息储存方式，正是生命系统复杂而精确的体现。任务探究为什么DNA能够作为个体身份识别的依据？DNA和RNA在化学组成上有何主要区别？这些差异如何影响它们的功能？遗传信息是如何储存在核酸分子中的？为什么仅由4种核苷酸组成的DNA能承载巨大的信息量？任务分析DNA能够作为身份识别的依据，是因为每个个体的DNA中脱氧核苷酸的排列顺序具有唯一性，这种序列差异构成了DNA指纹的基础。DNA含有脱氧核糖和胸腺嘧啶，RNA含有核糖和尿嘧啶，五碳糖和碱基的不同决定了二者结构与功能的差异。遗传信息储存在核苷酸的排列顺序中。尽管核苷酸只有4种，但当它们以长链形式连接时，可能的排列组合极其多样，因此可储存海量遗传信息。知识讲解（一）核酸的基本组成单位——核苷酸核酸是生物体内携带遗传信息的生物大分子，其基本组成单位是核苷酸。每个核苷酸由三部分组成：一分子含氮碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸。

图2-15脱氧核苷酸和核糖核苷酸根据五碳糖种类的不同，核苷酸分为两类：含有脱氧核糖的称为脱氧核糖核苷酸（简称脱氧核苷酸），构成DNA的基本单位；含有核糖的称为核糖核苷酸，构成RNA的基本单位。（二）核酸的结构层次核酸是由多个核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的长链。一个核酸分子可由几十个至上亿个核苷酸组成。

图2-14核苷酸连接而成的长链在一般情况下，DNA由两条脱氧核苷酸链反向平行盘绕成双螺旋结构，而RNA通常为单条核糖核苷酸链。（三）DNA与RNA的化学组成差异DNA和RNA各含有4种碱基，但具体种类有所不同：DNA的碱基为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）；RNA的碱基为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）。此外，DNA中的五碳糖为脱氧核糖，RNA中为核糖。

图2-16DNA与RNA在化学组成上的异同（四）遗传信息的储存与传递脱氧核苷酸的排列顺序决定了DNA分子中储存的遗传信息。由于核苷酸数量不限且排列方式极其多样，使得DNA具有巨大的信息容量。绝大多数生物的遗传信息储存在DNA中，而部分病毒如HIV、SARS病毒等则以RNA作为遗传物质。核酸在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。前沿热点CRISPR-Cas13系统靶向RNA治疗病毒感染的新进展2023年，美国麻省理工学院与哈佛大学布罗德研究所联合开发的CRISPR-Cas13d系统，在对抗RNA病毒方面取得突破性成果。该系统可特异性识别并切割病毒RNA，而不影响宿主DNA。研究团队利用该技术成功抑制了SARS-CoV-2和流感病毒在人类肺细胞中的复制。与传统的DNA编辑工具Cas9不同，Cas13靶向RNA，避免了对基因组的永久性改变，提高了安全性。这一进展凸显了RNA作为遗传物质在病毒中的核心作用，也为未来抗病毒治疗提供了可编程、高精度的新策略。生物大分子以碳链为骨架情境展示情境资料在日常饮食中，米饭、肉类和蔬菜是常见的食物来源。米饭富含淀粉，属于多糖类物质；肉类主要提供蛋白质；而蔬菜中的核酸成分则参与人体遗传信息的传递。这些食物进入人体后，经过消化系统分解为小分子单体——如葡萄糖、氨基酸和核苷酸，再被细胞吸收并重新合成为生物大分子，用于构建组织、催化反应或储存遗传信息。科学家发现，这些生物大分子虽然功能各异，但它们的基本结构单元都具有一个共同特征：以碳原子连接形成的链状骨架为基础。任务探究为什么构成生命的重要物质如淀粉、蛋白质和DNA都被称为“生物大分子”？这些生物大分子在结构上是否存在共性？如果有，这种共性对生命活动有何重要意义？如果碳元素无法形成稳定的长链结构，地球上的生命形式可能发生怎样的变化？任务分析因为淀粉、蛋白质和DNA都是由许多小分子单位通过化学键连接而成的高分子化合物，分子量大、结构复杂，因此被称为生物大分子。它们在结构上的共性在于：每一个基本单位（单体）都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架。这一共性使得生物大分子具有结构多样性与稳定性，支持了生命活动的复杂性和有序性。若碳元素不能形成稳定碳链，则无法构建多样化的有机分子，生命所需的蛋白质、核酸等将难以形成，地球上的生命可能根本无法存在。知识讲解（一）生物大分子的基本组成单位单体与多聚体的概念：

组成生物大分子的基本单位称为单体。例如，单糖是多糖的单体，氨基酸是蛋白质的单体，核苷酸是核酸的单体。多个单体通过脱水缩合等方式连接形成多聚体，即生物大分子。常见生物大分子及其单体对应关系：多糖→单糖蛋白质→氨基酸核酸→核苷酸（二）碳链是单体的基本骨架每个单体分子内部都含有若干个相连的碳原子，这些碳原子通过共价键连接形成碳链，作为分子的主干结构。碳原子具有四个价电子，能与其他原子（包括自身）形成四个共价键，从而构建出直链、支链或环状等多种空间构型，为分子多样性提供基础。（三）生物大分子以碳链为骨架生物大分子是由许多单体聚合而成的多聚体。由于每个单体均以碳链为基本骨架，因此整个多聚体也继承了这一特征，形成以碳链为骨架的复杂结构。正是由于碳原子在有机分子构建中的核心作用，科学界普遍认为“碳是生命的核心元素”。图2-17生物大分子是由许多单体连接成的多聚体前沿热点人工合成碳骨架驱动新型生命分子设计2023年，美国斯克里普斯研究所团队在《NatureChemistry》发表研究成果，成功利用非天然碳链结构合成了具有生物活性的新型核苷酸类似物。这些分子能够在特定条件下参与RNA链的延伸，展现出一定的遗传信息传递能力。该研究突破了传统生物大分子仅依赖天然单体的限制，证明了碳链骨架的可塑性可用于构建“类生命”系统，为合成生物学和外星生命可能性研究提供了新方向。这一进展凸显了碳链作为生命分子骨架的关键地位，并启发人类重新思考生命构成的基本原则。课堂练习第1题【题文】下图甲、乙、丙分别为细胞中常见有机物的示意图，不同形状代表不同的结构单体，不同颜色代表同一结构单体中的不同类别，则甲、乙、丙分子依次可能为（）A．DNA、抗体、胆固醇B．淀粉、淀粉酶、DNAC．受体、纤维素、RNAD．糖原、甘油、脂肪酸【答案】B第2题【题文】氢键的本质为强极性键（A-H）上的氢核与电负性很大、含孤电子对并带有部分负电荷的原子B之间的静电作用力。下列相关说法正确的是（）A．RNA分子是单链结构，其碱基间不会形成氢键B．氢键是维系蛋白质空间结构的重要作用力C．高温条件下核酸和蛋白质分子的氢键都能维持稳定D．同一水分子内的氢原子和氧原子相互吸引形成氢键【答案】B第3题【题文】核酶是一类具有催化活性的RNA分子，能够催化化学反应，尤其是RNA分子的自我剪切。下列相关叙述正确的是（

）A．核酶与RNA酶共有元素为C、H、O、N、PB．核酶作用的化学键与RNA聚合酶作用的化学键相同C．核酶可以为RNA分子的自我剪切提供能量D．ATP中的A可以作为核酶的基本单位【答案】B板书设计核酸的种类及其分布一、核酸种类DNA、RNA二、分布情况DNA：主要在细胞核，线粒体、叶绿体有少量。RNA：主要在细胞质。三、核酸作用携带遗传信息，在遗传、变异等方面有重要作用。四、生物大分子以碳链为骨架。教学反思本节课通过“核酸的种类