資源簡介

第二章 組成細胞的分子
第五節 核酸是遺傳信息的攜帶者
學習目標\教學目標
1.簡述核酸的種類和分布。
2.說出脫氧核苷酸與核糖核苷酸在化學組成上的異同點，比較DNA和RNA的結構和功能。
3.說明生物大分子以碳鏈為基本骨架。
教學重點
1.DNA和RNA分子結構和功能。
2.生物大分子以碳鏈為基本骨架。
教學難點
1.核酸的種類和功能。
2.生物大分子以碳鏈為基本骨架。
教學方法
講授、演示、視頻播放、小組討論。
教學過程
【新課導入：情景設置，導入新課】
觀看視頻《DNA指紋技術的發明》，通過視頻和圖片及熱點問題的討論，激發學生的學習興趣。
【新課講授】
問題探究：通過問題探究，小組討論調動學生的積極性和主動性。
DNA指紋技術在案件偵破工作中有重要的用途。刑偵人員將從案發現場收集到的血液、頭發等樣品中提取的DNA，與犯罪嫌疑人的DNA進行比較，就有可能為案件的偵破提供證據。
1.為什么DNA能夠提供犯罪嫌疑人的信息？
提示：DNA是遺傳物質，攜帶有遺傳信息，不同個體的遺傳信息一般都有區別，因此，DNA能夠提供犯罪嫌疑人的信息。
2.你還能說出DNA鑒定技術在其他方面的應用嗎？
提示：可以進行親子鑒定；鑒別在地震等災害中遇難親屬的遺體等。
通過問題探究引出對核酸種類和分布的學習。
一、核酸的種類和分布
教師組織學生閱讀教材，引導學生歸納概括核酸的種類和功能。
1.分類：脫氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）
2.功能：核酸是細胞內攜帶遺傳信息的物質，在生物體的遺傳、變異和蛋白質的生物合成中具有極其重要的作用。
【實驗：觀察DNA和RNA在細胞中的分布】
教師通過PPT展示講授實驗原理，實驗目的，實驗材料和實驗試劑。
實驗原理：
1.甲基綠使DNA呈現綠色，吡羅紅使RNA呈現紅。
2.鹽酸改變細胞膜通透性，使染色體中的蛋白質與DNA分離。
實驗目的：
初步掌握觀察DNA和RNA在細胞中的分布方法。
實驗材料：
人的口腔上皮細胞、洋蔥表皮細胞。
實驗試劑：
1.0.9%生理鹽水（維持細胞滲透壓）
2.8%鹽酸（使蛋白質與DNA分離）
3.吡羅紅甲基綠染色劑（現用現配）
播放視頻《實驗：觀察DNA和RNA在細胞中的分布》，通過視頻讓學生全面的了解具體實驗過程，加深印象。
通過圖片展示實驗的方法步驟：
1.取口腔上皮細胞制片：0.9%的NaCl
2.水解：30ml，8%HCl，30℃ 溫水，保溫5 min
3.沖洗涂片：（蒸餾水）緩水流沖洗10 s
4.染色：吡羅紅甲基綠染色劑2滴，染色5min
5.觀察：先低倍鏡觀察，后高倍鏡觀察。
圖片展示實驗現象
結論：真核生物的細胞內的DNA主要存在于細胞核內，RNA主要存在于細胞質內。
知識點梳理：
真核細胞：DNA主要在細胞核，細胞質中的線粒體和葉綠體中也含有少量的DNA。
RNA主要在細胞質。
原核細胞：DNA集中在擬核，RNA在細胞質中
二、核酸是由核苷酸連接而成的長鏈
小組討論，資料分析
資料1：1868年，當時還是研究生的瑞士籍的米舍爾，在研究膿血細胞的化學成分時，發現用酒精處理掉細胞中的脂肪性物質，再用豬胃黏膜的酸性提取液（一種能除掉蛋白質的胃蛋白酶粗制品）進行處理后，細胞的大部分被分解了，而細胞核只是縮小了一點兒但仍然完整。他得到了細胞核，隨后對細胞核的物質進行化學分析，于是為人類揭示自己拉開了序幕。
實驗結果：發現細胞核內含有與細胞內其他有機物明顯不同的物質，這種物質為一種含磷很高而含硫很低的強有機酸，而且對蛋白酶有耐受性。后被米舍爾的導師霍佩·賽勒所驗證，并把這種新物質命名為“核素”。
提出問題：最初的實驗推斷細胞核中含有什么成分？
提示：一種含磷很高而含硫很低的強有機酸，命名為“核素”。
資料2：德國的科塞爾在研究自胸腺和酵母的核素時， 發現核素是蛋白質和核酸的復合物，并且證明了存在著2種核酸：即脫氧核糖核酸和核糖核酸，他小心地水解核酸，發現2種核酸都含有鳥嘌呤、腺嘌呤、胞嘧啶這3種堿基，在DNA中第4種堿基是胸腺嘧啶，而在RNA中則是尿嘧啶，除了含有這些堿基以外，還有些具有糖類性質的物質和磷酸 。斯托伊德爾又確定了這些物質的比例，他通過分析，發現糖類物質、每種嘌呤或嘧啶堿基、磷酸的比例為1：1：1。
提出問題：
（1）組成核酸的基本成分是什么？
（2）這些成分的比例是什么？
（3）核酸的組成元素有哪些？
資料3：德國的科塞爾在研究自胸腺和酵母的核素時， 發現核素是蛋白質和核酸的復合物，并且證明了（圖片展示）
提出問題：
（1）組成核酸的基本成分是什么？
（2）這些成分的比例是什么？
（3）核酸的組成元素有哪些？
組成元素：C、H、O、N、P
資料4：1911年，科塞爾的學生列文證明核酸所含的糖類由5個碳原子組成，并將這種糖類命名為核糖。由于核酸有2種，他找到了它們之間的區別：它們中的五碳糖不同，另一種糖類比核糖少一個氧原子，稱為脫氧核糖，脫氧核糖核酸和核糖核酸的名稱由此而來。
提出問題：組成核酸的基本成分當中的糖類物質具體是什么呢？
圖片展示核糖和脫氧核糖的分子結構式。引導學生得出組成核酸的基本成分當中的糖類物質是核糖和脫氧核糖。
資料5：1934 年，列文發現核酸可被分解成含有一個堿基、 一個核糖或脫氧核糖和一個磷酸的片段，這樣的組合叫核苷酸。
提出問題：
（1）核酸的基本組成單位是什么？
（2）包括哪些成分？
（3）這2種核苷酸的異同點分別是什么？
通過材料分析，師生共同對核酸進行知識梳理。
1.核酸是生物大分子，分子量從幾十萬至幾百萬。
2.元素組成：C、H、O、N、P。
3.核酸的基本組成單位：核苷酸
4.核苷酸的組成：
5.構成核苷酸的五碳糖有兩種：脫氧核糖、核糖（圖片展示）
6.脫氧核苷酸-----DNA的基本組成單位（圖片展示）；核糖核苷酸-----RNA的基本組成單位（圖片展示）。
7.根據堿基不同，脫氧核苷酸可分為4種：A、T、C、G（圖片展示）；根據堿基不同，核糖核苷酸也可分為4種：A、U、C、G（圖片展示）。
8.核酸是由核苷酸連接成的長鏈（圖片展示）。
9.DNA、RNA的主要區別（通過表格的形式比較DNA和RNA，學生小組合作，共同完成表格，并進行展示）
通過圖片展示DNA和RNA的合成過程，以及脫氧核糖核酸與核糖核酸的連接方式，引導學生概述脫氧核糖核酸與核糖核酸的結構特點，強調磷酸二酯鍵的連接方式，并對DNA和RNA進行知識梳理。
1.脫氧核糖核酸（DNA），是由脫氧核糖核苷酸連接而成的長鏈，通常是雙鏈。
2.核糖核酸（RNA），是由核糖核苷酸連接而成的長鏈，通常為單鏈。
3.第一分子核苷酸3號碳原子上的羥基與下一分子核苷酸5號碳原子上所連的磷酸基化合形成磷酸二酯鍵，從而將兩分子核苷酸連接起來。
通過資料分析以及知識梳理，提出問題，并概述DNA多樣性的原因。
提出問題：一般來說，一個最短的DNA分子也有4000個堿基對，所以可能的排列方式就有多少種？
學生回答44000種。
師生共同歸納：脫氧核苷酸的種類、數目和排列順序決定了DNA的多樣性。
（注意，此處沒有空間結構，因為DNA均為規則的雙螺旋結構）
小組活動——構建核苷酸鏈
問題探討：
（1）每個小組構建的核苷酸鏈是否相同？思考并解釋各小組核苷酸鏈不同的原因（類比蛋白質多樣性）？
（2）嘗試解釋為什么通過DNA指紋技術能鎖定犯罪嫌疑人？
提示：（1）不相同。核苷酸數目、種類和排列順序不同。（2）攜帶遺傳信息的多樣性。
資料6：英國遺傳學家杰弗里斯對白種人研究表明，兩個隨機個體具有完全相同的DNA指紋圖的概率為3000億分之一（即3×10－11），兩個同胞個體具有相同圖譜的概率也僅僅為200萬分之一（即2×10－6）。 故DNA指紋技術完全可把DNA作為像指紋那樣的獨特特征來識別不同的人。
提問：生物的遺傳物質分別是什么？
細胞生物（原核生物、真核生物）的遺傳物質是DNA；
（2）病毒的遺傳物質是DNA或RNA（病毒只含有一種核酸），如：噬菌體的遺傳物質是DNA，而HIV病毒、SARS病毒、煙草花葉病毒、流感病毒的遺傳物質是RNA。
三、生物大分子以碳鏈為骨架
單體：是指組成生物大分子（多糖、蛋白質、核酸）的基本單位。
多聚體：每個單體都以若干個相連的碳原子構成的碳鏈為基本骨架。生物大分子是由許多單體連接成的多聚體。
單體和多聚體（圖片展示）
生物大分子都是以碳鏈為基本骨架（圖片展示）
四、課堂練習
1.蛋白質、DNA和RNA的基本組成單位依次是（ ）
A.氨基酸、核苷酸、核糖核苷酸
B.核苷酸、脫氧核苷酸、核糖核苷酸
C.氨基酸、核糖核苷酸、脫氧核苷酸
D.氨基酸、脫氧核苷酸、核糖核苷酸
提示：蛋白質的基本組成單位是氨基酸，DNA的基本組成單位是脫氧核苷酸，RNA的基本組成單位是核糖核苷酸，故選D。
2.下列有關核酸分布的敘述，正確的是（ ）
A.SARS病毒中的RNA主要分布在細胞質中
B.原核細胞的DNA主要分布在細胞核中
C.綠色植物根細胞內的DNA分布在細胞核、線粒體和葉綠體中
D.人體口腔上皮細胞中的RNA主要分布在細胞質中
提示：真核細胞和原核細胞都含有DNA和RNA兩種核酸。真核細胞的DNA主要分布在細胞核中，RNA主要分布在細胞質中；原核細胞的DNA主要分布在擬核中，RNA主要分布在細胞質中。病毒沒有細胞結構，只含有DNA或者RNA一種核酸。SARS病毒沒有細胞結構，其RNA分布在蛋白質外殼內部，A錯誤；原核生物沒有細胞核，其DNA主要分布在擬核中，B錯誤；綠色植物根細胞內沒有葉綠體，其根細胞內的DNA分布在細胞核、線粒體中，C錯誤；人體細胞的RNA主要分布在細胞質中，DNA主要分布在細胞核中，D正確。
3.植物細胞在含有各種必需物質的培養基中培養，研究人員對其中一種化合物用3H標記。經過一段時間后，將這些細胞固定，利用放射性自顯影技術并結合進行顯微鏡檢查，發現放射性集中分布在細胞核、線粒體和葉綠體中。由此可以判斷被標記的化合物是（ ）
A.一種氨基酸　　 B.一種核糖核苷酸
C.一種脫氧核苷酸　　 D.尿嘧啶
提示：真核細胞的DNA主要分布在細胞核中，線粒體、葉綠體內也含有少量的DNA。RNA主要分布在細胞質中（教材P34）。蛋白質的基本組成單位是氨基酸，在細胞質中也含有蛋白質，A不符合題意；RNA的基本組成單位是核糖核苷酸，且尿嘧啶存在于RNA中，B、D不符合題意；DNA的基本組成單位是脫氧核苷酸，C符合題意。
板書設計
第五節 核酸是遺傳信息的攜帶者
一、核酸的種類及其分布
二、核酸是由核苷酸連接而成的長鏈
1.核酸與核苷酸關系
2.分類
三、DNA與RNA的異同
四、核酸是細胞內攜帶遺傳信息的物質
五、生物大分子以碳鏈為骨架

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