2021学年第5节 核酸是遗传信息的携带者教学设计

第二章  组成细胞的分子

第五节  核酸是遗传信息的携带者

学习目标\教学目标

1.简述核酸的种类和分布。

2.说出脱氧核苷酸与核糖核苷酸在化学组成上的异同点，比较DNA和RNA的结构和功能。

3.说明生物大分子以碳链为基本骨架。

教学重点

1.DNA和RNA分子结构和功能。

2.生物大分子以碳链为基本骨架。

教学难点

1.核酸的种类和功能。  

2.生物大分子以碳链为基本骨架。

教学方法

讲授、演示、视频播放、小组讨论。

教学过程

【新课导入：情景设置，导入新课】

观看视频《DNA指纹技术的发明》，通过视频和图片及热点问题的讨论，激发学生的学习兴趣。

【新课讲授】

问题探究：通过问题探究，小组讨论调动学生的积极性和主动性。

DNA指纹技术在案件侦破工作中有重要的用途。刑侦人员将从案发现场收集到的血液、头发等样品中提取的DNA，与犯罪嫌疑人的DNA进行比较，就有可能为案件的侦破提供证据。

1.为什么DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息？

提示：DNA是遗传物质，携带有遗传信息，不同个体的遗传信息一般都有区别，因此，DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息。

2.你还能说出DNA鉴定技术在其他方面的应用吗？

提示：可以进行亲子鉴定；鉴别在地震等灾害中遇难亲属的遗体等。

通过问题探究引出对核酸种类和分布的学习。

一、核酸的种类和分布

教师组织学生阅读教材，引导学生归纳概括核酸的种类和功能。

1.分类：脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）

2.功能：核酸是细胞内携带遗传信息的物质，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。

【实验：观察DNA和RNA在细胞中的分布】

教师通过PPT展示讲授实验原理，实验目的，实验材料和实验试剂。

实验原理：

1.甲基绿使DNA呈现绿色，吡罗红使RNA呈现红。

2.盐酸改变细胞膜通透性，使染色体中的蛋白质与DNA分离。

实验目的：

初步掌握观察DNA和RNA在细胞中的分布方法。

实验材料：

人的口腔上皮细胞、洋葱表皮细胞。

实验试剂：

1.0.9%生理盐水（维持细胞渗透压）

2.8%盐酸（使蛋白质与DNA分离）

3.吡罗红甲基绿染色剂（现用现配）

播放视频《实验：观察DNA和RNA在细胞中的分布》，通过视频让学生全面的了解具体实验过程，加深印象。

通过图片展示实验的方法步骤：

1.取口腔上皮细胞制片：0.9%的NaCl

2.水解：30ml，8%HCl，30℃   温水，保温5 min

3.冲洗涂片：（蒸馏水）缓水流冲洗10 s

4.染色：吡罗红甲基绿染色剂2滴，染色5 min

5.观察：先低倍镜观察，后高倍镜观察。

图片展示实验现象

结论：真核生物的细胞内的DNA主要存在于细胞核内，RNA主要存在于细胞质内。

知识点梳理：

真核细胞：DNA主要在细胞核，细胞质中的线粒体和叶绿体中也含有少量的DNA。  

RNA主要在细胞质。

原核细胞：DNA集中在拟核，RNA在细胞质中

二、核酸是由核苷酸连接而成的长链

小组讨论，资料分析

资料1：1868年，当时还是研究生的瑞士籍的米舍尔，在研究脓血细胞的化学成分时，发现用酒精处理掉细胞中的脂肪性物质，再用猪胃黏膜的酸性提取液（一种能除掉蛋白质的胃蛋白酶粗制品）进行处理后，细胞的大部分被分解了，而细胞核只是缩小了一点儿但仍然完整。他得到了细胞核，随后对细胞核的物质进行化学分析，于是为人类揭示自己拉开了序幕。

实验结果：发现细胞核内含有与细胞内其他有机物明显不同的物质，这种物质为一种含磷很高而含硫很低的强有机酸，而且对蛋白酶有耐受性。后被米舍尔的导师霍佩·赛勒所验证，并把这种新物质命名为“核素”。

提出问题：最初的实验推断细胞核中含有什么成分？

提示：一种含磷很高而含硫很低的强有机酸，命名为“核素”。

资料2：德国的科塞尔在研究自胸腺和酵母的核素时， 发现核素是蛋白质和核酸的复合物，并且证明了存在着2种核酸：即脱氧核糖核酸和核糖核酸，他小心地水解核酸，发现2种核酸都含有鸟嘌呤、腺嘌呤、胞嘧啶这3种碱基，在DNA中第4种碱基是胸腺嘧啶，而在RNA中则是尿嘧啶，除了含有这些碱基以外，还有些具有糖类性质的物质和磷酸 。斯托伊德尔又确定了这些物质的比例，他通过分析，发现糖类物质、每种嘌呤或嘧啶碱基、磷酸的比例为1：1：1。

提出问题：

（1）组成核酸的基本成分是什么？

（2）这些成分的比例是什么？

（3）核酸的组成元素有哪些？

资料3：德国的科塞尔在研究自胸腺和酵母的核素时， 发现核素是蛋白质和核酸的复合物，并且证明了（图片展示）

提出问题：

（1）组成核酸的基本成分是什么？

（2）这些成分的比例是什么？

（3）核酸的组成元素有哪些？

组成元素：C、H、O、N、P

资料4：1911年，科塞尔的学生列文证明核酸所含的糖类由5个碳原子组成，并将这种糖类命名为核糖。由于核酸有2种，他找到了它们之间的区别：它们中的五碳糖不同，另一种糖类比核糖少一个氧原子，称为脱氧核糖，脱氧核糖核酸和核糖核酸的名称由此而来。

提出问题：组成核酸的基本成分当中的糖类物质具体是什么呢？

图片展示核糖和脱氧核糖的分子结构式。引导学生得出组成核酸的基本成分当中的糖类物质是核糖和脱氧核糖。

资料5：1934 年，列文发现核酸可被分解成含有一个碱基、 一个核糖或脱氧核糖和一个磷酸的片段，这样的组合叫核苷酸。

提出问题：

（1）核酸的基本组成单位是什么？

（2）包括哪些成分？

（3）这2种核苷酸的异同点分别是什么？

通过材料分析，师生共同对核酸进行知识梳理。

1.核酸是生物大分子，分子量从几十万至几百万。

2.元素组成：C、H、O、N、P。

3.核酸的基本组成单位：核苷酸

4.核苷酸的组成：

5.构成核苷酸的五碳糖有两种：脱氧核糖、核糖（图片展示）

6.脱氧核苷酸-----DNA的基本组成单位（图片展示）；核糖核苷酸-----RNA的基本组成单位（图片展示）。

7.根据碱基不同，脱氧核苷酸可分为4种：A、T、C、G（图片展示）；根据碱基不同，核糖核苷酸也可分为4种：A、U、C、G（图片展示）。

8.核酸是由核苷酸连接成的长链（图片展示）。

9.DNA、RNA的主要区别（通过表格的形式比较DNA和RNA，学生小组合作，共同完成表格，并进行展示）

通过图片展示DNA和RNA的合成过程，以及脱氧核糖核酸与核糖核酸的连接方式，引导学生概述脱氧核糖核酸与核糖核酸的结构特点，强调磷酸二酯键的连接方式，并对DNA和RNA进行知识梳理。

1.脱氧核糖核酸（DNA），是由脱氧核糖核苷酸连接而成的长链，通常是双链。

2.核糖核酸（RNA），是由核糖核苷酸连接而成的长链，通常为单链。

3.第一分子核苷酸3号碳原子上的羟基与下一分子核苷酸5号碳原子上所连的磷酸基化合形成磷酸二酯键，从而将两分子核苷酸连接起来。

通过资料分析以及知识梳理，提出问题，并概述DNA多样性的原因。

提出问题：一般来说，一个最短的DNA分子也有4000个碱基对，所以可能的排列方式就有多少种？

学生回答44000种。

师生共同归纳：脱氧核苷酸的种类、数目和排列顺序决定了DNA的多样性。

（注意，此处没有空间结构，因为DNA均为规则的双螺旋结构）

小组活动——构建核苷酸链

问题探讨：

（1）每个小组构建的核苷酸链是否相同？思考并解释各小组核苷酸链不同的原因（类比蛋白质多样性）？

（2）尝试解释为什么通过DNA指纹技术能锁定犯罪嫌疑人？

提示：（1）不相同。核苷酸数目、种类和排列顺序不同。（2）携带遗传信息的多样性。

资料6：英国遗传学家杰弗里斯对白种人研究表明，两个随机个体具有完全相同的DNA指纹图的概率为3000亿分之一（即3×10－11），两个同胞个体具有相同图谱的概率也仅仅为200万分之一（即2×10－6）。 故DNA指纹技术完全可把DNA作为像指纹那样的独特特征来识别不同的人。

提问：生物的遗传物质分别是什么？

（1）细胞生物（原核生物、真核生物）的遗传物质是DNA；

（2）病毒的遗传物质是DNA或RNA（病毒只含有一种核酸），如：噬菌体的遗传物质是DNA，而HIV病毒、SARS病毒、烟草花叶病毒、流感病毒的遗传物质是RNA。

三、生物大分子以碳链为骨架

单体：是指组成生物大分子（多糖、蛋白质、核酸）的基本单位。

多聚体：每个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架。生物大分子是由许多单体连接成的多聚体。

单体和多聚体（图片展示）

生物大分子都是以碳链为基本骨架（图片展示）

四、课堂练习

1.蛋白质、DNA和RNA的基本组成单位依次是（    ）

A.氨基酸、核苷酸、核糖核苷酸

B.核苷酸、脱氧核苷酸、核糖核苷酸

C.氨基酸、核糖核苷酸、脱氧核苷酸

D.氨基酸、脱氧核苷酸、核糖核苷酸

提示：蛋白质的基本组成单位是氨基酸，DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，RNA的基本组成单位是核糖核苷酸，故选D。

2.下列有关核酸分布的叙述，正确的是（    ）

A.SARS病毒中的RNA主要分布在细胞质中

B.原核细胞的DNA主要分布在细胞核中

C.绿色植物根细胞内的DNA分布在细胞核、线粒体和叶绿体中

D.人体口腔上皮细胞中的RNA主要分布在细胞质中

提示：真核细胞和原核细胞都含有DNA和RNA两种核酸。真核细胞的DNA主要分布在细胞核中，RNA主要分布在细胞质中；原核细胞的DNA主要分布在拟核中，RNA主要分布在细胞质中。病毒没有细胞结构，只含有DNA或者RNA一种核酸。SARS病毒没有细胞结构，其RNA分布在蛋白质外壳内部，A错误；原核生物没有细胞核，其DNA主要分布在拟核中，B错误；绿色植物根细胞内没有叶绿体，其根细胞内的DNA分布在细胞核、线粒体中，C错误；人体细胞的RNA主要分布在细胞质中，DNA主要分布在细胞核中，D正确。

3.植物细胞在含有各种必需物质的培养基中培养，研究人员对其中一种化合物用3H标记。经过一段时间后，将这些细胞固定，利用放射性自显影技术并结合进行显微镜检查，发现放射性集中分布在细胞核、线粒体和叶绿体中。由此可以判断被标记的化合物是（    ）

A.一种氨基酸　　           B.一种核糖核苷酸

C.一种脱氧核苷酸　　      D.尿嘧啶

提示：真核细胞的DNA主要分布在细胞核中，线粒体、叶绿体内也含有少量的DNA。RNA主要分布在细胞质中（教材P34）。蛋白质的基本组成单位是氨基酸，在细胞质中也含有蛋白质，A不符合题意；RNA的基本组成单位是核糖核苷酸，且尿嘧啶存在于RNA中，B、D不符合题意；DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，C符合题意。

板书设计

第五节  核酸是遗传信息的携带者

一、核酸的种类及其分布

二、核酸是由核苷酸连接而成的长链

1.核酸与核苷酸关系

2.分类

三、DNA与RNA的异同

四、核酸是细胞内携带遗传信息的物质

五、生物大分子以碳链为骨架