高中生物人教版遺傳與進(jìn)化第3章基因的本質(zhì)第2節(jié)DNA分子的結(jié)構(gòu) 全國優(yōu)質(zhì)課

DNA的復(fù)制教案一、教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)目標(biāo)：（1）概述DNA分子的復(fù)制。（2）探討DNA復(fù)制的生物學(xué)意義。二、重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：DNA分子復(fù)制的過程難點(diǎn)：探究DNA分子復(fù)制方式的探究；DNA分子復(fù)制的過程1、聯(lián)系生活實(shí)例+溫故知新，引入課題說到復(fù)制，那么請問同學(xué)們，我們?nèi)粘Ｉ钪卸冀佑|過哪些關(guān)于復(fù)制的實(shí)例呢？（復(fù)印卷子、電腦上的復(fù)制粘貼、抄作業(yè)行為……）那么，DNA作為遺傳物質(zhì)也需要能夠自我復(fù)制，DNA又是如何做到這一點(diǎn)的呢？其實(shí)，早在沃森和克里克提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型是，他們就根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)推測了DNA是如何復(fù)制的，那我們先來回顧一下DNA的結(jié)構(gòu)是怎樣的：（提問學(xué)生回答）（1）DNA分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。（2）DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基在內(nèi)側(cè)。（3）兩條鏈上的堿基通過氫鍵連結(jié)起來，形成堿基對，且遵循堿基互補(bǔ)配對原則。2、對DNA分子復(fù)制的推測就是根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，沃森和克里克猜測DNA應(yīng)該是一種半保留的復(fù)制方式，結(jié)合示意圖簡單介紹半保留復(fù)制方式。但是，這種復(fù)制方式與我們平時(shí)見到的復(fù)制方式——全保留復(fù)制不同，結(jié)合示意圖簡單介紹全保留的復(fù)制方式。3、層層設(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生演繹推理那么DNA究竟是哪種復(fù)制方式呢？我們不妨今天也來用一用假說演繹法，假說現(xiàn)在有了，關(guān)鍵是如何演繹推理。我們的演繹推理一定要和實(shí)際相結(jié)合，因?yàn)槲覀兘酉聛磉€需要用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。所以有必要為大家介紹一些實(shí)驗(yàn)的相關(guān)背景。實(shí)驗(yàn)材料選擇大腸桿菌。一方面是由于大腸桿菌繁殖迅速，20分鐘繁殖一代，意味著DNA也復(fù)制了一次，另一方面，我們可以通過細(xì)胞破碎很輕易的從大腸桿菌細(xì)胞中分離出DNA分子。所以，我們可以每20分鐘提取一次DNA，這樣就可以分別研究每一代的DNA分子。那么我們?nèi)绾螀^(qū)分不同的DNA分子呢？根據(jù)剛才的兩種假說，我們會(huì)接觸到三種不同的DNA分子：①兩條鏈都是新合成的子鏈；②兩條鏈都是原來的母鏈；③一條鏈為子鏈，一條鏈為母鏈的雜合DNA。那么，我們能不能用什么方法來分別標(biāo)記一下子鏈和母鏈呢？（學(xué)生回答：同位素標(biāo)記法）那么，如何標(biāo)記呢？無論哪種復(fù)制方式都是需要合成新的子鏈的，那就必然需要從外界攝取原料，如果我們?yōu)槠涮峁┑脑暇秃心撤N同位素，那么將來要合成的新鏈就會(huì)含有我們要標(biāo)記的同位素，這樣，子鏈和母鏈就含有了不同的同位素。那么，標(biāo)記完成之后我們又該如何鑒別不同的DNA分子呢？（同學(xué)們回答：檢測放射性）同學(xué)們想一想，放射性在這里能用嗎？我們從大腸桿菌細(xì)胞中提取出來的DNA都是混在一起的，我們?nèi)绻麢z測放射性的話，能區(qū)分這一堆DNA中有多少不同的DNA分子嗎？不能，那我們又該利用同位素的什么特點(diǎn)呢，能否將不同的DNA分子真正分開呢？以N元素為例，14N和15N都是沒有放射性的，那他們有什么不同呢？（同學(xué)們回答：質(zhì)量不同）那么被14N和15N分別標(biāo)記的DNA質(zhì)量也就不同，我們該如何將不同質(zhì)量的DNA分子分開呢？（同學(xué)們回答：離心）對！只不過我們這里用到的不是一般的差速離心，而是密度梯度離心。通過離心，就將不同的DNA分子分開了。提問學(xué)生回答：14N/14N-DNA和15N/15N-DNA離心后分別應(yīng)該位于離心管的什么位置？（輕帶和重帶）那么，14N/15N-DNA呢？（中帶）。有了這些相關(guān)背景知識(shí)，下面就是我們演繹推理的時(shí)間了：①將大腸桿菌放在含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)若干代，得到親代DNA分子。②將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一代，請同學(xué)們預(yù)測子一代DNA的組成以及離心結(jié)果。③在14N的培養(yǎng)基中將大腸桿菌再培養(yǎng)一代，請同學(xué)們預(yù)測子二代DNA的組成以及離心結(jié)果。學(xué)生活動(dòng)：兩人一組一邊討論一邊按照兩種假設(shè)預(yù)測子一代和子二代的DNA分子的組成及離心結(jié)果。請兩位同學(xué)分別在黑板上演示他們的結(jié)果，并請另外兩位同學(xué)做出點(diǎn)評。教師引導(dǎo)提出DNA比例及條帶寬度問題。學(xué)生演繹推理之后與教材53頁當(dāng)年梅塞爾森和斯特爾所做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比對，得出DNA半保留復(fù)制的結(jié)論。4、DNA復(fù)制過程的探究觀看DNA復(fù)制過程的動(dòng)畫，教師結(jié)合動(dòng)畫對DNA復(fù)制過程進(jìn)行解說。回顧動(dòng)畫內(nèi)容，嘗試讓學(xué)生總結(jié)DNA復(fù)制過程的三大步驟：①解旋；②合成子鏈；③重新螺旋。針對該過程進(jìn)行深入探討：探究一：如何提高DNA復(fù)制的速度？先閱讀資料：子宮瘤細(xì)胞的DNA分子長36mm，DNA復(fù)制的速度是μm/分鐘，理論上DNA復(fù)制需要多長時(shí)間？4萬分鐘（約天）實(shí)際只需約40分鐘！理論和現(xiàn)實(shí)相差如此之大該如何解釋？結(jié)合兩幅圖分別提出DNA復(fù)制過程中“邊解旋邊復(fù)制”和“多起點(diǎn)雙向復(fù)制”兩個(gè)特點(diǎn)。探究二：如何保證DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性？根據(jù)DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，嘗試讓學(xué)生給出答案：DNA獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)為復(fù)制提供了精確的模板；堿基互補(bǔ)配對原則保證復(fù)制的準(zhǔn)確進(jìn)行。DNA復(fù)制條件的探究：人們一直都有一個(gè)夢想，那就是能否在體外人工合成DNA。1956年，美國的科恩伯格首次嘗試著做這件事，他首先在試管中加入了4種脫氧核苷酸作為合成DNA的原料，然后又加入了一些復(fù)制相關(guān)的酶（DNA聚合酶），于是開始期待結(jié)果，可惜并沒有得到想要的DNA分子。那么同學(xué)們想一想，結(jié)合DNA分子的復(fù)制過程，你覺得可恩伯格的試管中還缺什么東西呢？（學(xué)生回答：能量和模板）總結(jié)DNA復(fù)制的條件：①模板：DNA的兩條鏈；②原料：4種脫氧核苷酸；③酶：如解旋酶和DNA聚合酶等；④能量：ATP提供能量。課堂小結(jié)本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了DNA的化學(xué)組成，DNA的立體結(jié)構(gòu)和DNA的特性。組成DNA的堿基共有A、T、G、C四種，構(gòu)成DNA的基本單位也有4種。每個(gè)DNA分子由二條多脫氧核苷酸長鏈反向平行盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)，兩條鏈上的堿基按照堿基互補(bǔ)配對原則，即A—T、G—C，通過氫鍵連接成堿基對。DNA分子具有穩(wěn)定性、多樣性和特異性。多樣性產(chǎn)生的