1、 单元教学设计单元教学设计 遗传的分子基础遗传的分子基础一、本单元的教材地位一、本单元的教材地位二、本单元的教学内容二、本单元的教学内容三、教学内容的具体实施建议三、教学内容的具体实施建议四、本单元的教学特点四、本单元的教学特点五、本单元凸显的学科素养五、本单元凸显的学科素养一、本单元的教材地位一、本单元的教材地位D?奥地利奥地利 孟德尔孟德尔D?美国美国 摩尔根摩尔根XA美国美国 萨顿萨顿基因的分子本质是什么呢？基因的分子本质是什么呢？这个分子具有什么样的特点呢？这个分子具有什么样的特点呢？它又是怎样控制性状的呢？它又是怎样控制性状的呢？一、本单元的教材地位一、本单元的教材地位对前面单元的递
2、进和深入，对遗传原理对前面单元的递进和深入，对遗传原理的分子本质的探讨的分子本质的探讨变异变异进化进化可遗传变异是进化的原材料可遗传变异是进化的原材料可遗传变异可遗传变异基因突变基因突变基因重组基因重组染色体变异染色体变异概念概念性性状状基因的本质基因的本质基因对性状基因对性状的控制的控制一、本单元的教材地位一、本单元的教材地位对前面单元的递进和深入，对遗传原理对前面单元的递进和深入，对遗传原理的分子本质的探讨的分子本质的探讨本单元是后面单元的学习基础本单元是后面单元的学习基础承上承上启下启下二、本单元的教学内容二、本单元的教学内容基因的分子本质是什么呢？基因的分子本质是什么呢？第三章第三章
3、第一节第一节 核酸是遗传物质的证据（浙科版）核酸是遗传物质的证据（浙科版）第第3章章 第第1节节 DNA是主要的遗传物质（人教版是主要的遗传物质（人教版） 这个分子具有什么样的特点呢？这个分子具有什么样的特点呢？第三章第三章 第二节第二节 DNA的分子结构和特点的分子结构和特点 第三节第三节 遗传信息的传递遗传信息的传递 第第3章章 第第2节节 DNA分子的结构分子的结构 第第3节节 DNA的复制的复制 它又是怎样控制性状的呢？它又是怎样控制性状的呢？ 第第4节节 基因是有遗传效应的基因是有遗传效应的DNA片段片段第三章第三章 第四节第四节 遗传信息的表达遗传信息的表达第第4章章 基因的表达基
4、因的表达二、本单元的教学内容二、本单元的教学内容基因的基因的本质本质 基因的基因的表达表达第一节第一节 DNA是遗传物质的证据是遗传物质的证据第二节第二节 DNA的分子结构和特点的分子结构和特点第三节第三节 DNA的复制的复制第四节第四节 基因是具有遗传效应的基因是具有遗传效应的DNA片段片段第五节第五节 基因的表达基因的表达三、教学内容的具体实施建议三、教学内容的具体实施建议第一节第一节 DNA是遗传物质的是遗传物质的证据证据(2课时）课时）DNA PK 蛋白质蛋白质探索遗传物质的过程是漫长的，直到探索遗传物质的过程是漫长的，直到20世纪世纪20年代，人们仍普遍认为年代，人们仍普遍认为蛋白蛋
5、白质质是遗传物质是遗传物质。不同生物的蛋白质在结构上存在差异不同生物的蛋白质在结构上存在差异蛋白质与生物的性状密切相关蛋白质与生物的性状密切相关蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以贮存大量遗蛋白质中氨基酸的不同排列组合可以贮存大量遗传信息传信息到了到了20世纪世纪30年年，人们才认识到，人们才认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子，脱氧核苷酸的化学组成包括大分子，脱氧核苷酸的化学组成包括磷酸、碱基和脱氧核糖。组成磷酸、碱基和脱氧核糖。组成DNA分分子的脱氧核苷酸又四种，每一种有一子的脱氧核苷酸又四种，每一种有一个特定的碱基。但是，个特定的碱基。但是，由于
6、对由于对DNA分分子的结构没有清晰的了解子的结构没有清晰的了解，认为，认为蛋白蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。质是遗传物质的观点仍占主导地位。证据一：肺炎双球菌的转化实验证据一：肺炎双球菌的转化实验（一）格里菲思的（一）格里菲思的体内体内转化实验转化实验体内转化实验：体内转化实验：S型菌里有某种型菌里有某种“转化因子转化因子”学生分析并得出结论学生分析并得出结论：R型细菌型细菌R型细菌型细菌只长只长R型菌型菌只长只长R型菌型菌R型细菌型细菌S型菌型菌R型细菌型细菌S型菌的型菌的DNAS型菌的型菌的蛋白质或荚膜多糖蛋白质或荚膜多糖S型菌的型菌的DNA+DNA酶酶（二）艾弗里的（二）艾弗里的体
7、外体外转化实验转化实验体外转化实验：这种体外转化实验：这种“转化因子转化因子” 是是DNA ，DNA才是遗传物质才是遗传物质补充说明：在体外转化实验中，只有一小部补充说明：在体外转化实验中，只有一小部分分R型菌被转化成型菌被转化成S型，大部分仍然是型，大部分仍然是R型菌。型菌。学生分析并得出结论学生分析并得出结论：提问：艾弗里是怎样成功地确定转化因子的呢？提问：艾弗里是怎样成功地确定转化因子的呢？艾弗里成功的关键是将艾弗里成功的关键是将S型菌的型菌的DNA和蛋白和蛋白质分离质分离，分别研究分别研究质疑：艾弗里的实验还有什么不能让人信服的呢？质疑：艾弗里的实验还有什么不能让人信服的呢？由于艾弗里
8、的实验中提取出的由于艾弗里的实验中提取出的DNA,纯度最高纯度最高时也时也还有还有0.02%的蛋白质的蛋白质。实验证明实验证明DNDNA A与与R R型肺炎双球菌的转化中荚膜型肺炎双球菌的转化中荚膜的产生有关；但是没能体现的产生有关；但是没能体现遗传物质遗传物质“亲亲子代间连续性子代间连续性”的特征。的特征。 证据二：噬菌体侵染细菌的实验证据二：噬菌体侵染细菌的实验 噬菌体侵染细菌的实验，是最重要的噬菌体侵染细菌的实验，是最重要的经典经典实验之一，也相对实验之一，也相对抽象难以理解。抽象难以理解。教学策略：教学策略： 1.变分析实验为变分析实验为探究实验探究实验，把知识的传授过程优化成一个，把
9、知识的传授过程优化成一个科学探科学探究究的过程。的过程。 2. 加入研究史的素材，还原课题研究背景，用加入研究史的素材，还原课题研究背景，用“问题引导，自主问题引导，自主探究探究”的方式，引导学生先搭建起整体实验思路，再细化具体过的方式，引导学生先搭建起整体实验思路，再细化具体过程，始终领着学生程，始终领着学生“重走探索之路重走探索之路”。 3. 用用问题串的形式问题串的形式引导学生解决实验探究中的细节问题。引导学生解决实验探究中的细节问题。 T2 T2 1、 T2噬菌体的组成成分是噬菌体的组成成分是60%的蛋白质和的蛋白质和40%的的DNA。研究背景：2、T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体
10、内的病毒噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒, 它比起细菌，个体微小。它比起细菌，个体微小。3、T2噬菌体的生长包括噬菌体的生长包括“潜伏期潜伏期”、“生长期生长期”、“释放期释放期”。一个噬菌体吸附细菌后一段时间，有。一个噬菌体吸附细菌后一段时间，有100多个子代噬菌体释放出来。多个子代噬菌体释放出来。4、 噬菌体的侵染开始于噬菌体对细菌的附着噬菌体的侵染开始于噬菌体对细菌的附着,结束于被侵染的细菌破裂，子代噬菌体释放，结束于被侵染的细菌破裂，子代噬菌体释放，内部发生了什么尚不明确。内部发生了什么尚不明确。电子显微镜下的大肠杆菌和噬菌体 要在子代中寻找标记来确定谁是遗传物质，接着帮助学生
11、将这些 “点状知识”连点成线，构建整体实验框架DNA蛋白质标记的噬菌体侵染细菌寻找子代噬菌体检测标记物接下来实验设计的重点和难点就成为 怎样做标记？侵染细菌多长时间？去哪里找子代？标记物怎么测?噬菌体侵染细菌的实验1952年年 赫尔希赫尔希 和和 蔡斯蔡斯噬菌体的DNA进入细菌传给子代1.实验假设（推测）实验假设（推测）：噬菌体本身只能靠电子显微镜才能观察到，它向细菌内注入什噬菌体本身只能靠电子显微镜才能观察到，它向细菌内注入什么物质是看不见摸不着的，我们怎么知道它注入什么物质呢？么物质是看不见摸不着的，我们怎么知道它注入什么物质呢？2.设计实验方案设计实验方案：DNADNA：C C、H H、
12、O O、N N、P同位素示踪法同位素示踪法蛋白质：蛋白质：C C、H H、O O、N N、32S在在T2噬菌体的化学分析中发现，外壳蛋白质噬菌体的化学分析中发现，外壳蛋白质分子中含有甲硫氨酸、胱氨酸、半胱氨酸中分子中含有甲硫氨酸、胱氨酸、半胱氨酸中含有含有S元素。元素。 补充实验背景资料：DNADNA：C C、H H、O O、N N、31P同位素示踪法同位素示踪法蛋白质：蛋白质：C C、H H、O O、N N、32S35S32P怎样知道噬菌体的怎样知道噬菌体的DNA还是蛋白质注入了细菌呢？还是蛋白质注入了细菌呢？同位素示踪同位素示踪用同位素标记哪种元素呢？用同位素标记哪种元素呢？S35蛋白质蛋
13、白质 P32-DNA 怎样用同位素标记噬菌体呢？怎样用同位素标记噬菌体呢？先培养细菌，再用噬菌体去侵染先培养细菌，再用噬菌体去侵染是将一组噬菌体的是将一组噬菌体的DNA和蛋白质都标记上吗？和蛋白质都标记上吗？两组噬菌体，分别标记两组噬菌体，分别标记DNA和蛋白质和蛋白质将标记将标记DNA组的噬菌体侵染组的噬菌体侵染未标记的未标记的细菌，你怎样细菌，你怎样知道知道DNA进入细菌了呢？进入细菌了呢？搅拌、离心使未侵染的噬菌体与细菌分离搅拌、离心使未侵染的噬菌体与细菌分离噬菌体侵染细菌多长时间时进行搅拌和离心呢？多长时间时进行搅拌和离心呢？ 回忆回忆T2噬菌体的生长包括噬菌体的生长包括“潜伏期潜伏期
14、”、“生长期生长期”、“释释放期放期”的知识，让学生领会时间要在子代噬菌体在细菌里，也的知识，让学生领会时间要在子代噬菌体在细菌里，也就是在就是在“生长期生长期”内，掌握好培养时间是实验成败的关键，具内，掌握好培养时间是实验成败的关键，具体时间的长短要做预实验来确定体时间的长短要做预实验来确定。请讨论并完成实验预期结果3.预期实验结果预期实验结果：4.实际实验结果实际实验结果：赫尔希赫尔希 和和 蔡斯的实验结果蔡斯的实验结果上清液上清液-放射性放射性很高很高 75%沉淀沉淀-放射性放射性很低很低 25%3535S S标记（蛋白质）标记（蛋白质）的的T T2 2噬菌体侵染细菌噬菌体侵染细菌323
15、2P P标记（标记（DNADNA）的的T T2 2噬菌体侵染细菌噬菌体侵染细菌上清液上清液-放射性放射性很低很低 15%沉淀沉淀-放射性放射性很高很高 85% 分析以上结果出现的原因？分析以上结果出现的原因？32P组组 30 %在子代噬菌体中出现在子代噬菌体中出现他们分别在沉淀物中得到大肠杆菌他们分别在沉淀物中得到大肠杆菌, ,大肠杆菌大肠杆菌裂解后裂解后, ,又得到大量子代噬菌体又得到大量子代噬菌体. .35S组组 极微量极微量 在子代噬菌体中出现在子代噬菌体中出现Hershey-Chase 的噬菌体实验的噬菌体实验 Hershey（赫尔希）因噬菌体侵染细菌的实（赫尔希）因噬菌体侵染细菌的实
16、验获得了验获得了1969年诺布尔医学生理奖。年诺布尔医学生理奖。拓展提升拓展提升： * *普遍认同而被肯定普遍认同而被肯定 * *几乎同时，生化学家卡伽夫对核酸的几乎同时，生化学家卡伽夫对核酸的4 4种碱基重新测定，用种碱基重新测定，用比较精确的纸层析法分离碱基，再用紫外线吸收光谱做定量分比较精确的纸层析法分离碱基，再用紫外线吸收光谱做定量分析，反复试验，终于发现嘌呤数析，反复试验，终于发现嘌呤数= =嘧啶数，嘧啶数，A=TA=T；C=GC=G，严格，严格配对出现。配对出现。 这给沃森和克里克很大的启发，这给沃森和克里克很大的启发，19531953年，他们借助年，他们借助X X射线衍射图片，通
17、过计算，模型拼装，终于证实了射线衍射图片，通过计算，模型拼装，终于证实了DNADNA的双的双螺旋结构，为分子生物学开启了先河。螺旋结构，为分子生物学开启了先河。肺炎双肺炎双球菌体球菌体内转化内转化实验实验1944艾弗里肺炎双肺炎双球菌离球菌离体转化体转化实验实验噬菌体噬菌体侵染细侵染细菌实验菌实验DNADNA双双螺旋结螺旋结构的提构的提出出1928格里菲斯1952赫尔希1953沃森、克里克前后经历前后经历2424年年，人们才确信：，人们才确信：DNADNA是遗传物质。是遗传物质。 本节中必须将本节中必须将DNA是遗传物质的是遗传物质的三个三个实验证据实验证据讲清楚，可通过讲清楚，可通过设置问题
18、串设置问题串，设设置探究实验，置探究实验，从实验目的、实验选材、现从实验目的、实验选材、现象象 、结果和结论、实验成功的原因等方、结果和结论、实验成功的原因等方面引领学生一步步分析，面引领学生一步步分析，理解实验过程，理解实验过程，得出实验结论得出实验结论。第二节第二节 DNA的分子结构和特点（的分子结构和特点（12课时）课时） 课前课前布置小组作业布置小组作业 ，搜集有关，搜集有关 DNA DNA 分子分子结构研究的资料，结构研究的资料，将其发现过程的重要人物和将其发现过程的重要人物和事件制成事件制成 PPTPPT课件课件 ，用于课堂上小组交流。，用于课堂上小组交流。让学生代表小组用讲故事的
19、形式，介绍让学生代表小组用讲故事的形式，介绍鲍林鲍林 、威尔金斯和富兰克林威尔金斯和富兰克林 、沃森和克里克、沃森和克里克等科学家等科学家在在 DNA DNA 研究历程上分别作出的重要贡献研究历程上分别作出的重要贡献 第二节第二节 核酸的分子结构核酸的分子结构 早在1868年，人们就已经发现了核酸。一个瑞士籍的研究生名叫米歇尔（米歇尔（1844-1895），），他把附近医院扔出的绷带上的脓血脓血收集起来，并用胃蛋白酶胃蛋白酶进行分解，结果发现细胞遗体的大部分被分解了，但对细对细胞核不起作用胞核不起作用。他进一步对细胞核内物质进行分析，发现细胞核细胞核中含有一种富含磷和氮富含磷和氮的物质。霍佩霍
20、佩赛赛勒勒用酵母做实验，进一步证明了米歇尔的发现。于是他把这种物质取名为核素核素，后来人们发现它呈酸性，因此改叫核酸核酸。资料一资料一：资料二：德国生物化学家资料二：德国生物化学家科赛尔科赛尔首次采用水解首次采用水解法研究法研究 DNA 的化学组分。的化学组分。 大家识图说出大家识图说出 ：DNA 的组成元素的组成元素 、基本组成物质、基本组成物质脱氧核糖脱氧核糖C5H10O4各小组拿出制作好的磷酸、脱氧核糖、各小组拿出制作好的磷酸、脱氧核糖、含氮碱基图形含氮碱基图形C5H10O4资料三资料三：美国科学家利文（美国科学家利文（18691940）指出了核酸中）指出了核酸中“磷酸磷酸糖糖碱基碱基”
21、的排列顺序。的排列顺序。请同学们拼出一个个脱氧核苷酸请同学们拼出一个个脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸资料四：资料四： 1951 1951年年富兰克林富兰克林受到鲍林研究受到鲍林研究蛋白质结构的蛋白质结构的启发启发，通过数据分析得知相邻单核苷酸之间的聚合方，通过数据分析得知相邻单核苷酸之间的聚合方式式 ，即一个脱氧核苷酸的，即一个脱氧核苷酸的磷酸磷酸基团，基团， 能与能与上一个上一个脱氧脱氧核苷酸的脱氧核糖上的核苷酸的脱氧核糖上的 3 3 号碳原子号碳原子相连接相连接。(请学生制作核苷
22、酸之间的连接）请学生制作核苷酸之间的连接）3,5磷酸二酯键磷酸二酯键53资料五：资料五：1951年，年，威尔金斯展示了一威尔金斯展示了一张张 DNA晶体晶体 的的 X 射射 线线-衍衍 射射照片照片 。资料六：沃森和克里克根据资料六：沃森和克里克根据DNA衍射图谱，推算出衍射图谱，推算出DNA分子呈螺旋分子呈螺旋结构。他们尝试了不同的单链螺旋和结构。他们尝试了不同的单链螺旋和三螺旋结构模型，但很快被否定了。三螺旋结构模型，但很快被否定了。 1953 年年 ，沃，沃 森森-克里克合作推断克里克合作推断 DNA 分子的空间构象呈分子的空间构象呈双螺旋结构双螺旋结构。（两小组的学生将两条链摆放到一起
23、）（两小组的学生将两条链摆放到一起） 哪种摆放符合沃森哪种摆放符合沃森- -克里克推断的克里克推断的DNADNA分子双分子双链结构呢？链结构呢？ 一是一是两条链呈反向平行关系两条链呈反向平行关系，5335 一是一是两条链呈反向平行关系两条链呈反向平行关系，5335 二是二是磷酸磷酸- -脱氧核糖脱氧核糖交互排列而成的交互排列而成的主链排列在外主链排列在外侧侧 ，含氮碱基，含氮碱基则则位于内侧位于内侧 。请两小组的同学根据以上提示重新摆放：请两小组的同学根据以上提示重新摆放： 沃森沃森- -克里克根据鲍林构建蛋白质分子结构模型克里克根据鲍林构建蛋白质分子结构模型的成果，反复用一堆球棍组装着的成果
24、，反复用一堆球棍组装着DNADNA分子的模型。分子的模型。他们尝试过他们尝试过A A与与A,A, T T与与T T配对。但这种配对方式配对。但这种配对方式违违反了化学规律反了化学规律，很快又被抛弃了。，很快又被抛弃了。 碱基之间有没有什么关系呢？它们有配对规律吗？碱基之间有没有什么关系呢？它们有配对规律吗？ 资料七：生物化学家查戈夫的资料七：生物化学家查戈夫的DNADNA化学组分分析：化学组分分析： A=T C=G 碱基互补配对：碱基互补配对：A与与T配对配对（通过（通过2个氢键），个氢键）， C与与G配对配对（通过（通过3个氢键）个氢键）资料八：沃森资料八：沃森- -克里克改变了碱基配对的方
25、式，克里克改变了碱基配对的方式，让让A A与与T T配对，配对，G G与与C C配对，构建出配对，构建出新的新的DNADNA模型模型。结果发现，结果发现，A-TA-T碱基对与碱基对与G-CG-C碱基对具有相同的形碱基对具有相同的形状和直径，能够解释状和直径，能够解释A A、T T 、G G、C C之间的数量关之间的数量关系，同时也能解释系，同时也能解释DNADNA的复制。而且，制作的模的复制。而且，制作的模型与拍摄的型与拍摄的X X射线衍射照片射线衍射照片完全相符完全相符同学们制作同学们制作DNA的另一条链的另一条链53531953 年年 ，沃，沃 森森-克克 里克合作推断里克合作推断 DNA
26、 分子的空间构象呈分子的空间构象呈双螺旋结构双螺旋结构。AAATTTGGGGCCCATC（1）DNA分子是由分子是由两条两条反向平行反向平行的脱氧核苷酸的脱氧核苷酸长链盘旋成长链盘旋成双螺旋结构双螺旋结构。（2）DNA分子中的分子中的脱氧脱氧核糖和磷酸交替连接核糖和磷酸交替连接（磷酸二酯键），排列（磷酸二酯键），排列在外侧，构成在外侧，构成基本骨架基本骨架；碱基在内侧。碱基在内侧。（3）两条链上的碱基通）两条链上的碱基通过过氢键氢键连结起来，形成连结起来，形成碱基对，且遵循碱基对，且遵循碱基互碱基互补配对原则补配对原则。DNA的分子结构特点的分子结构特点左一：威尔金斯左一：威尔金斯 左三：克里
27、克左三：克里克 左五：沃森左五：沃森 1953年，沃森和克年，沃森和克里克撰写的论文里克撰写的论文核酸的分子结构核酸的分子结构-的一种可能的一种可能结构结构在在自然自然杂志上刊载，引起杂志上刊载，引起了极大的轰动。这了极大的轰动。这篇文章被认为是篇文章被认为是“生物学的一个标生物学的一个标志，开创了新的时志，开创了新的时代代” 。 DNA分子结构研究竞赛分子结构研究竞赛英国皇家学院英国皇家学院美国加州理工大学美国加州理工大学英国剑桥大学英国剑桥大学威尔金斯威尔金斯富兰克林富兰克林 沃沃 森森 克克 里里 克克主要用模型建构主要用模型建构法研究物质结构法研究物质结构 主要用主要用X射线衍射线衍射
28、来研究射来研究DNA结结构构DNA分子分子X射线衍射图射线衍射图发现化学键的本发现化学键的本质质,发现蛋白质发现蛋白质a螺旋螺旋 DNA分子双螺旋结构分子双螺旋结构 兼兼 收收 并并 蓄蓄博博 采采 众众 长长 鲍鲍 林林 1954年诺贝年诺贝尔奖获得者尔奖获得者通过科学资料和科学史的展通过科学资料和科学史的展示，一起示，一起制作了制作了DNA的结构的结构模型模型，更深的，更深的记忆了记忆了DNA的的分子结构分子结构，同时也要体会科，同时也要体会科学家的团结合作和坚持不懈学家的团结合作和坚持不懈的精神，尊重科学事实的态的精神，尊重科学事实的态度，还要理解和体会度，还要理解和体会模型构模型构建法
29、建法的重要意义。的重要意义。课后制作课后制作 结构是功能的基础，功能是结构的运动形结构是功能的基础，功能是结构的运动形式。鼓励学生式。鼓励学生运用运用 DNA 双螺旋结构模型双螺旋结构模型的要的要点，对其稳定性、多样性和特异性作出尝试点，对其稳定性、多样性和特异性作出尝试性解释。性解释。DNA作为遗传物质的分子特点有哪些呢作为遗传物质的分子特点有哪些呢? 稳稳定性、多样性和特异性。定性、多样性和特异性。 引导学生从引导学生从主链构成方式、排列位置及其动态特主链构成方式、排列位置及其动态特征征入手入手 ，理解理解 DNA 主链的牢固性主链的牢固性对其结构稳定具有对其结构稳定具有重要作用。然后，利
30、用学生已有的化重要作用。然后，利用学生已有的化 学学 知知 识识 ， 说说明碱明碱 基对之间的大量氢键维系着基对之间的大量氢键维系着DNA 的空间构象的空间构象 ，碱碱 基基 对平面之间的范德华力对对平面之间的范德华力对空间构象具有加固作空间构象具有加固作用用。 学生已经学习学生已经学习蛋白质分子多样性和特异性蛋白质分子多样性和特异性的原因的原因 ， 教学时引导学生教学时引导学生 以以 蛋蛋 白白 质质 为为 参参 照照 ， 用用 概概 念念 同同 化化 方方 式式 尝尝 试试 解解 释释DNA 的多样性和特异性的多样性和特异性 第三节第三节 DNA的复制（的复制（12课时）课时）DNA分子复
31、制方式的推测分子复制方式的推测DNA分子的复制过程分子的复制过程难点难点 如果需要做两枚类似的印章，如如果需要做两枚类似的印章，如何才能做得一模一样呢？何才能做得一模一样呢？模模板板同一个印章可以复制出多个完同一个印章可以复制出多个完全相同的图案，那么，全相同的图案，那么， DNA 的复制和印章的复制方式一样的复制和印章的复制方式一样吗？吗？ 它是怎样进行的？它是怎样进行的？ 全全保留复制保留复制亲代亲代DNADNA的两条链在的两条链在同一个同一个DNADNA分子内分子内半半保留复制保留复制子链子链母链母链亲代亲代DNADNA的两条链各的两条链各进入一个子代进入一个子代DNADNA怎样知道怎样
32、知道DNA母链的去向呢？母链的去向呢？同位素标记同位素标记同位素标记也会使由不同链组成的同位素标记也会使由不同链组成的DNADNA分子在密度分子在密度上有一些差异，还可以有什么方法区分吗？上有一些差异，还可以有什么方法区分吗？密度梯度离心密度梯度离心密度不同密度不同密度相同密度相同半保留复制半保留复制全保留复制全保留复制15/1414 / 1515/1514/1415/1514 / 15 中中14 / 14 轻轻15 / 15 重重假说假说演绎演绎1.0世代世代2.0世代世代半保留复制半保留复制15/1415/1414/1415/1414 / 14 轻轻14 / 15 中中全保留复制全保留复制
33、14 / 14 轻轻15 / 15 重重假说假说演绎演绎DNA 复制复制n次后，产生的子代次后，产生的子代 DNA 分子共有多少条？分子共有多少条？子代子代 DNA 中，含有中，含有 15 N 标记的标记的DNA有多少条？有多少条？ 含有含有14 N 标记的标记的 DNA 有有 多少多少 条？条？ 子代子代 DNA 中，只含中，只含 14 N 标记标记 的的 DNA 有多少条？有多少条？ 只含只含 15 N 的的 DNA 有多少条？有多少条？DNA 单链中，含有单链中，含有 14 N 标记的单链有几条标记的单链有几条? 含有含有 15 N 标记的单链有几条？标记的单链有几条？ 通过计算，强化和
34、巩固对通过计算，强化和巩固对“DNA半半保留复制保留复制”方式的认识和理解方式的认识和理解DNA分子的复制过程分子的复制过程播放播放动画动画，总结完成，总结完成DNA复制的时间、场复制的时间、场所、原料、条件、产物、意义所、原料、条件、产物、意义等等大肠杆菌细胞的拟核有大肠杆菌细胞的拟核有1 1个个DNADNA分子分子，长度约为，长度约为47000004700000个碱基对个碱基对，在，在DNADNA分子上分布着大约分子上分布着大约44004400个基因个基因，每个基因的平均长度约为，每个基因的平均长度约为10001000个碱基对个碱基对。第四节第四节 基因是具有遗传效应的基因是具有遗传效应的
35、DNA片段（片段（0.5课时）课时）人类基因组计划测定的是人类基因组计划测定的是24条染色体条染色体（22条常染色体条常染色体+X+Y）上）上DNA的碱基的碱基序列。序列。其中，每条染色体上有一个其中，每条染色体上有一个DNA分子。分子。这这24个个DNA分子大约有分子大约有31.6亿个碱基亿个碱基对对，其中，构成，其中，构成基因的碱基数基因的碱基数占碱基占碱基总数的比例总数的比例不超过不超过2%。生长在太平洋西北部的一种生长在太平洋西北部的一种海蜇海蜇能发能发出出绿色荧光绿色荧光，这是因为海蜇的，这是因为海蜇的DNA分分子上有一段长度为子上有一段长度为5170个碱基对个碱基对的片的片段段绿色
36、荧光蛋白基因绿色荧光蛋白基因。转基因实验。转基因实验表明，转入了海蜇的绿色荧光蛋白基表明，转入了海蜇的绿色荧光蛋白基因的转基因鼠，在紫外线的照射下，因的转基因鼠，在紫外线的照射下，也能像海蜇一样发光也能像海蜇一样发光。不少人认为，人和动物体的胖瘦是由遗传不少人认为，人和动物体的胖瘦是由遗传决定的。进来的科学研究发现，小鼠体内决定的。进来的科学研究发现，小鼠体内的的HMGIC基因与肥胖基因与肥胖直接相关。具有直接相关。具有HMGIC缺陷的实验鼠与作为对照的小鼠，缺陷的实验鼠与作为对照的小鼠，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，对对照组的小鼠照组的小鼠变得十分肥胖，
37、而具有变得十分肥胖，而具有HMGIC缺陷的实验鼠体重缺陷的实验鼠体重仍然保持仍然保持正常正常。基于生物事实材料，基于生物事实材料，归纳概括归纳概括出基因的概出基因的概念，基因是具有念，基因是具有具有遗传效应的具有遗传效应的DNA片段片段黄身白眼红宝石眼截翅朱红眼深红眼棒眼短硬毛果蝇某一条染色体上的几个基因染色体染色体DNA基因基因脱氧核苷酸脱氧核苷酸第五节第五节 基因的表达基因的表达基因对蛋白质的合成基因对蛋白质的合成基因对性状的控制基因对性状的控制转录和翻译转录和翻译蛋白质与性状的关系蛋白质与性状的关系一、蛋白质是性状的直接体现者（一、蛋白质是性状的直接体现者（0.5课时）课时）二、基因控制
38、蛋白质的合成（基因的表达）二、基因控制蛋白质的合成（基因的表达）一、蛋白质是性状的直接体现者（一、蛋白质是性状的直接体现者（0.5课时）课时） 双眼皮双眼皮的形成是由于提上睑肌有纤维有纤维延伸至皮下，肌肉收缩造成附着处皮肤的退缩，构成皮肤皱襞，即双重睑，俗称双眼皮；单眼皮单眼皮则缺少缺少这种附着于皮肤上的提上睑肌纤维，提上睑肌纤维，因此没有皱襞。肌纤维的主要成分是蛋白质肌纤维的主要成分是蛋白质血红蛋白正常血红蛋白正常血红蛋白异常血红蛋白异常CFTRCFTR基因缺失了基因缺失了3 3个碱基个碱基结构蛋白结构蛋白(CFTR(CFTR蛋白蛋白) )异常异常，导致功能异常，导致功能异常患者支气管内黏液
39、增多患者支气管内黏液增多黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染淀粉分支酶淀粉分支酶不能正常合成不能正常合成蔗糖不合成为淀粉蔗糖不合成为淀粉，蔗糖含量升高，蔗糖含量升高淀粉含量低的豌豆由于失水而显得淀粉含量低的豌豆由于失水而显得皱缩（皱缩（性状：皱粒性状：皱粒）淀粉分支酶淀粉分支酶正常合成正常合成蔗糖合成为淀粉蔗糖合成为淀粉，淀粉含量升高，淀粉含量升高淀粉含量高，有效保留水分，豌豆淀粉含量高，有效保留水分，豌豆显得圆鼓鼓显得圆鼓鼓（性状：圆粒）（性状：圆粒）豌豆种子的皱粒和圆粒豌豆种子的皱粒和圆粒白白化化病病 白化病是一白化病是一种较常见的皮肤种较常见的皮肤及其附属器官
40、黑及其附属器官黑色素缺乏所引起色素缺乏所引起的疾病。的疾病。 这类病人通这类病人通常是全身皮肤、常是全身皮肤、毛发、眼睛缺乏毛发、眼睛缺乏黑色素，表现出黑色素，表现出怕光等行为怕光等行为 酪氨酸酶酪氨酸酶不能正常合成不能正常合成酪氨酸酶酪氨酸酶正常合成正常合成酪氨酸不能正常转化为黑色素酪氨酸不能正常转化为黑色素酪氨酸能正常转化为黑色素酪氨酸能正常转化为黑色素缺乏黑色素而表现为缺乏黑色素而表现为白化病白化病表现正常表现正常性状性状蛋白质蛋白质结构蛋白结构蛋白功能蛋白功能蛋白(如酶、如酶、激素等激素等)控制代谢控制代谢基因直接体现直接体现控制控制控制控制二、基因控制蛋白质的合成（基因的表达）二、基
41、因控制蛋白质的合成（基因的表达）DNA分子主要分布在哪？分子主要分布在哪？ 蛋白质在哪合成？蛋白质在哪合成？细胞核细胞核指挥部指挥部通讯员通讯员前方阵地前方阵地这说明什么？这说明什么？资料一：资料一：1955年年Branchet用洋葱根尖和变形虫进用洋葱根尖和变形虫进行实验行实验： 若加入若加入RNA酶酶，蛋白质合成停止，蛋白质合成停止 再加入从酵母中提取的再加入从酵母中提取的RNA，又可以，又可以重新重新合成合成一些蛋白质一些蛋白质细胞核细胞核 RNA信使资料二：资料二：同年同年Goldstein和和Plaut用用同位素标记同位素标记变形虫变形虫RNA前前体体，发现标记的，发现标记的RNA都
42、在核内都在核内，表明，表明RNA是在是在核内核内合成合成的。的。在标记追踪实验中，用在标记追踪实验中，用短脉冲标记短脉冲标记RNA前体前体，然后，然后将细胞核转移到未标记的变形虫中。经过一段时间将细胞核转移到未标记的变形虫中。经过一段时间发现被标记的发现被标记的RNA分子已在细胞质中分子已在细胞质中，这就表明，这就表明RNA在核中合成，然后转移到细胞质在核中合成，然后转移到细胞质内，而蛋白质内，而蛋白质就在细胞质中合成，就在细胞质中合成，因此因此RNA就成为在就成为在DNA和蛋白质之间传递信息和蛋白质之间传递信息的信的信使的最佳候选者。使的最佳候选者。资料三：资料三：1956年年Elliot
43、Volkin和和 Lawrence Astrachan作了一项很有意思的观察：作了一项很有意思的观察： 当当E.coli被被T2感染，迅速感染，迅速停止了停止了RNA的合成，但的合成，但噬菌噬菌的的RNA却开始迅速合成。用同位素脉冲一追踪标记表明却开始迅速合成。用同位素脉冲一追踪标记表明噬菌体的噬菌体的RNA在很短的时间内就进行合成，但很快又消在很短的时间内就进行合成，但很快又消失了，表明失了，表明RNA的半衰期的半衰期是很短的。是很短的。 由于这种新合成的由于这种新合成的RNA的碱基比和的碱基比和T2的的DNA碱基比碱基比相似，相似，而和细菌的碱基比不同，所以可以确定而和细菌的碱基比不同，所
44、以可以确定新合成的新合成的RNA是是T2的的RNA。由于。由于T2感染细菌时注入的是感染细菌时注入的是DNA，而在细胞里合成的是而在细胞里合成的是RNA，可见，可见DNA是合成是合成RNA的模板的模板。资料四：资料四： 最令人信服的证据来自最令人信服的证据来自DNA-RNA的杂交实验的杂交实验。Hall.B.D和和Spiegeman,S，将，将T2噬菌体感染噬菌体感染E.coli后立即产生的后立即产生的RNA分离出来分离出来，分别与，分别与T2和和E.coli的的DNA进行分子杂交，结果发现这种进行分子杂交，结果发现这种RNA只能和只能和T2的的DNA杂交形成杂交形成“杂种杂种”链链，而不能和
45、，而不能和E.coli的的DNA进行杂交。表明进行杂交。表明T2产生的这种产生的这种RNA（即（即mRNA）至至少和少和T2的的DNA中的一条链中的一条链是互补的。是互补的。RNA作为信使的原因作为信使的原因 RNA是单链，比是单链，比DNA短，结构更简单，可以短，结构更简单，可以通过核孔，转移到细胞质中通过核孔，转移到细胞质中 结构与结构与DNA相似，基本单位是核苷酸，可相似，基本单位是核苷酸，可以储存遗传信息以储存遗传信息细胞核细胞核 RNA信使转录转录翻译翻译 场所场所 模板模板 原料原料 原则原则 产物产物 酶酶场场 所所原原 料料模模 板板转运工具转运工具原原 则则产产 物物动画播放
46、、讲动画播放、讲解，填写表格解，填写表格整理密码子、整理密码子、反密码子、反密码子、tRNA, 中心法中心法则等则等四、本单元的教学特点四、本单元的教学特点遗传的分子基础遗传的分子基础DNA是遗是遗传物质传物质证据证据同位素示踪同位素示踪DNA的复制的复制证据证据密度梯度离密度梯度离心法心法假说假说演绎演绎归纳归纳概括概括DNA 的分子的分子结构结构科学科学资料资料模型构建法模型构建法基因的基因的本质本质生物事实生物事实归纳归纳概括概括基因的表达基因的表达生物事实生物事实科学资料科学资料生物学生物学事实和事实和证据证据科学思维科学思维的方法的方法科学技术科学技术归纳归纳概括概括五、本单元凸显的
47、学科素养五、本单元凸显的学科素养发展学生的发展学生的科学思维科学思维“科学思维科学思维”是指尊重是指尊重事实和证据事实和证据，崇尚，崇尚严谨和务实的求知态度，运用严谨和务实的求知态度，运用归纳与概括、归纳与概括、演绎与推理、模型与建模演绎与推理、模型与建模等方法认识事物、等方法认识事物、解决实际问题的能力。解决实际问题的能力。形成科学的形成科学的生命观念生命观念（1）生命是生命是物质物质的，生命现象是的，生命现象是分子运动分子运动的结果的结果 DNA（遗传物质）（遗传物质）生命的延续生命的延续复制复制表达表达蛋白质蛋白质性状性状（2）生命活动是物质、能量、生命活动是物质、能量、信息信息的统一体的统一体（3）所有所有生物生物共用一套密码子，具有共用一套密码子，具有统一性，统一性， 很可能有很可能有共同起源共同起源具备一定的具备一定的社会责任社会责任 运用运用科学的生命观念科学的生命观念，对，对生命现象生命现象做出合理解释，做出合理解释，辨别迷信和伪科学辨别迷信和伪科学，主，主动向他人宣传动向他人宣传关爱生命的观念和知识关爱生命的观念和知识，崇尚健康文明的生活方式。崇尚健康文明的生活方式。
