一、教学目标:
[认知目标]:1、了解DNA结构的发现过程和组成DNA的必要元素;2、理解DNA双螺旋的空间结构;3、掌握碱基互补配对原则,能够用相应的公式解题;4、理解DNA的结构特点。
[情感目标]:培养学生热爱科学的精神、学习的竞争和协作精神。
[技能目标]:培养学生观察能力,分析问题、综合问题的能力和创造性思维能力。
二、教学方法:
讲授法、讨论法和提问反馈法、练习法
三、学习方法:
观察法、回忆法、讨论法和比较法
四、教学手段:
多媒体教学(重点展示DNA的结构、配对方式和多样性)
五、教学过程:
(一)、复习提问:放一段有关“遗传”的录像,提示学生注意这一段录像反映了什么现象?(由学生说出遗传)再问,生物为什么能够进行遗传?(因为具有遗传物质——核酸)主要的遗传物质是什么?也就是说绝大多数的生物是以什么作为遗传物质的?(引出DNA)DNA为什么能够行使这样的功能呢?我们知道结构与功能是相适应的,要行使这样的功能就必须具备一定的独特的结构,那么,DNA具备怎样的结构才能行使这样的功能呢?(引入课题——DNA的结构)
(二)、出示目标:(见上“一、教学目标”)
(三)、发现简史:那么,DNA的结构究竟是什么样子呢?它又是怎样被发现的呢?(引出DNA结构的发现史)1950年夏天,美国人沃森获得了博士学位。此时的生物学界正在进行一种叫双结构螺旋研究竞赛。结晶学研究的权威富兰克林已成功推出DNA分子有多股链,呈螺旋状。对DNA一无所知的沃森,在丹麦皇家学会听完劳伦斯·布拉格关于DNA的演讲后,决定研究DNA的三维模型结构。真有些初生牛犊不怕虎的气魄。当时他的同学斯腾特认为他疯了。
沃森进入英国剑桥大学卡文迪许实验室后,认识了英国学者克里克,他们很快发现彼此都对DNA的分子结构极感兴趣,便决定合作研究。他们提出:生命分子的三维结构是由线性密码中所蕴含的信息所决定。然而,他们的研究招来实验室方面的非议:DNA的X射线衍射图提供者威尔金斯对他们的研究也不热心。几起几落的遭遇,使克里克心灰意冷。而沃森没有动摇,他坚信DNA是所有分子中最重要的王牌,是万木之本,是打开生命之门的钥匙。他和克里克一起,采用物理,化学的科学原理与方法,来揭示DNA结构的奥妙。最后,他们提出的DNA双螺旋模型认为,必须由两股核苷酸碱基的任意排列顺序,来决定高度有序的DNA三维结构。这是一个成功的模型,它由两条右旋但反向的链绕同一个轴盘旋而成,活像一个螺旋形的梯子,生命的遗传密码就刻在梯子的横档上。
1962年的诺贝尔医学生物学奖授予了沃森和克里克建立的DNA模型,能获得如此高的荣誉,说明它的作用是巨大的,影响是深远的。
沃森们的模型,引发了一门称为“分子生物学”的新科学的诞生;它为破译生物的遗传密码提供了依据,导致遗传工程学的出现。用人工的方法将生物体内的DNA分离出来,重新组合搭配,再放回生物体内,创造新的品种,成为本世纪下半叶最活跃的领域。例如我国科学家实验成功的杂交水稻,抗棉铃虫棉花等等,都是DNA重组的产物;目前国际上正热门的克隆技术,也是DNA的绝妙之作。1954年4月DNA双螺旋提出后,整个生物学界呈现出少有的五彩缤纷的景象,被认为是20世纪以来生物科学中最伟大的成果,是生物学史上一个新纪元,为生物科学,农业科学,医学的发展开辟了新天地。把DNA结构模型称为打开生命之门钥匙,是一点也不夸张的。
(四)、具体讲解:那么,他们发现的DNA结构是不是就跟我们所见的转梯完全一样呢?实际上,在本质上是不一样的,DNA的结构远比我们看到的转梯复杂得多了,它究竟复杂在哪儿,我们如何来学习它呢?(提示学生按照由简单到复杂的顺序进行学习)。
1、化学结构:
1)组成元素:C、H、O、N、P(由学生自己来回忆)
2)基本单位:脱氧核糖核苷酸(出示模式图,讲清构成):一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基。(给出相应碱基的分子结构图,让学生理解什么是嘌呤,什么是嘧啶;提问或说明:为什么用A、T、G、C来表示腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤、胞嘧啶?指出是以其英文的第一个字母来表示的。)在此基础上,讲清脱氧核苷酸的种类(由于碱基的不同而有四种种类)。
3)化学结构:脱氧核苷酸长链(展示多个脱氧核苷酸通过聚合而成)。
2、空间结构:
1)规则的双螺旋结构:(1)DNA分子是由两条平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的;(2)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连结,排列在外侧;(3)碱基排列在内侧,两条链上的碱基通过氢键连结起来,形成碱基对,讲清A与T之间以双键相连,C与G之间以叁键相连(以上三点出示DNA的平面结构与立体结构,让学生进行观察、总结)。
2)碱基互补配对原则:出示动画,显示DNA中的碱基互相配对的情况,让学生理解在DNA中为什么A只能与T相配对,C只能与G相配对,从而为下面的相对稳定性埋下伏笔)。
3)根据DNA双链中碱基之间的关系,总结相关的公式或结论,如:
①在双链中A=T,C=G;由①引伸出A+G=T+C,即嘌呤数=嘧啶数。
再引伸出(A+G)/(T+C)=1,从而得出在所有双链DNA中,它们的比值都是相等的,即(A+G)/(T+C)在双链中的比值是定值。
②(A+G)/(T+C)在DNA的两条单链中的比值互为倒数。
③(A+T)/(G+C)在两条单链和双链中的比值相等。
例:已知一个含150个磷酸的双链DNA分子中有腺嘌呤25个,请问此DNA分子中有多少个胞嘧啶?(应用公式①,得50)
例:某DNA分子一个单链上(A+G)/(T+C)=0.5,则该DNA的另一条单链上同样的碱基比是( )(应用公式①,选D,作为公式②)
A、0.5 B、1 C、1.5 D、2
例:由某生物组织中提取的DNA成分中,鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基含量的46%,已知其中的一条链的碱基中28%是腺嘌呤,22%是胞嘧啶,求:与已知链相对应的链中腺嘌呤占该链全部碱基的( )%。(应用公式①和③,填26)
以上公式采用相应的例题进行讲解,真正做到讲练结合。
3、结构特点:
稳定性(从两个角度看它的相对稳定性:①DNA都是由磷酸连结着脱氧核糖;②碱基互补配对);多样性(出示动画,让学生总结出DNA分子的多样性由DNA上的碱基对的排列顺序及DNA本身的空间结构所决定);特异性(对所有的DNA分子来说表现为多样性,但对每一种DNA分子来说,有其特定的脱氧核苷酸排列顺序,从而显示出单个的独特性)。
(五)、巩固练习:分基础题、理解题、能力题三类,采用分组竞赛的方法,活跃课堂气氛,调动学生的积极性,发挥学生的主动性。(附后)
基础题:
1、下列化合物中,不是组成DNA的物质是( )
A、核糖 B、磷酸 C、鸟嘌呤 D、胞嘧啶
2、双链DNA分子的碱基组成中,在A≠C的情况下,下列哪组分式会随生物的种类不同而不同?( )
A、C/G B、(A+T)/(C+G) C、(A+C)/(G+T) D、(G+A)/(T+C)
理解题:
1、决定DNA分子的多样性主要是
A、组成DNA的碱基排列顺序不同 B、组成DNA的碱基种类很多
C、组成DNA的脱氧核苷核酸种类很多 D、组成DNA的五碳糖种类很多
2、关于DNA的描述错误的是( )
A、两条链是平行排列
B、DNA双链的互补碱基对之间以氢键相连
C、每一个DNA分子由一条多核苷酸链缠绕形成
D、两条链的碱基以严格的互补关系配对
能力题:
1、已知一条DNA分子中,(A+T)/(G+C)=0.6,其一条单链的A占25%,G占20%,则这个DNA互补链的(A+C)/(T+G)是 13/27 。
2、已知某DNA分子中腺嘌呤a个,占全部碱基的b,则下列正确的是( )
A、b≤0.5 B、b≥0.5
C、胞嘧啶数为a(1/2b-1) D、胞嘧啶数为b(1/2a-1)
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