高中生物人教版遗传与进化第3章基因的本质第2节DNA分子的结构 全国优质课

DNA的复制教案一、教学目标1.知识目标：（1）概述DNA分子的复制。（2）探讨DNA复制的生物学意义。二、重点难点重点：DNA分子复制的过程难点：探究DNA分子复制方式的探究；DNA分子复制的过程1、联系生活实例+温故知新，引入课题说到复制，那么请问同学们，我们日常生活中都接触过哪些关于复制的实例呢？（复印卷子、电脑上的复制粘贴、抄作业行为……）那么，DNA作为遗传物质也需要能够自我复制，DNA又是如何做到这一点的呢？其实，早在沃森和克里克提出DNA双螺旋结构模型是，他们就根据这样的结构推测了DNA是如何复制的，那我们先来回顾一下DNA的结构是怎样的：（提问学生回答）（1）DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋成双螺旋结构。（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基在内侧。（3）两条链上的碱基通过氢键连结起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。2、对DNA分子复制的推测就是根据这样的结构，沃森和克里克猜测DNA应该是一种半保留的复制方式，结合示意图简单介绍半保留复制方式。但是，这种复制方式与我们平时见到的复制方式——全保留复制不同，结合示意图简单介绍全保留的复制方式。3、层层设疑，引导学生演绎推理那么DNA究竟是哪种复制方式呢？我们不妨今天也来用一用假说演绎法，假说现在有了，关键是如何演绎推理。我们的演绎推理一定要和实际相结合，因为我们接下来还需要用实验来验证。所以有必要为大家介绍一些实验的相关背景。实验材料选择大肠杆菌。一方面是由于大肠杆菌繁殖迅速，20分钟繁殖一代，意味着DNA也复制了一次，另一方面，我们可以通过细胞破碎很轻易的从大肠杆菌细胞中分离出DNA分子。所以，我们可以每20分钟提取一次DNA，这样就可以分别研究每一代的DNA分子。那么我们如何区分不同的DNA分子呢？根据刚才的两种假说，我们会接触到三种不同的DNA分子：①两条链都是新合成的子链；②两条链都是原来的母链；③一条链为子链，一条链为母链的杂合DNA。那么，我们能不能用什么方法来分别标记一下子链和母链呢？（学生回答：同位素标记法）那么，如何标记呢？无论哪种复制方式都是需要合成新的子链的，那就必然需要从外界摄取原料，如果我们为其提供的原料就含有某种同位素，那么将来要合成的新链就会含有我们要标记的同位素，这样，子链和母链就含有了不同的同位素。那么，标记完成之后我们又该如何鉴别不同的DNA分子呢？（同学们回答：检测放射性）同学们想一想，放射性在这里能用吗？我们从大肠杆菌细胞中提取出来的DNA都是混在一起的，我们如果检测放射性的话，能区分这一堆DNA中有多少不同的DNA分子吗？不能，那我们又该利用同位素的什么特点呢，能否将不同的DNA分子真正分开呢？以N元素为例，14N和15N都是没有放射性的，那他们有什么不同呢？（同学们回答：质量不同）那么被14N和15N分别标记的DNA质量也就不同，我们该如何将不同质量的DNA分子分开呢？（同学们回答：离心）对！只不过我们这里用到的不是一般的差速离心，而是密度梯度离心。通过离心，就将不同的DNA分子分开了。提问学生回答：14N/14N-DNA和15N/15N-DNA离心后分别应该位于离心管的什么位置？（轻带和重带）那么，14N/15N-DNA呢？（中带）。有了这些相关背景知识，下面就是我们演绎推理的时间了：①将大肠杆菌放在含15N的培养基中培养若干代，得到亲代DNA分子。②将大肠杆菌转移到14N的培养基中培养一代，请同学们预测子一代DNA的组成以及离心结果。③在14N的培养基中将大肠杆菌再培养一代，请同学们预测子二代DNA的组成以及离心结果。学生活动：两人一组一边讨论一边按照两种假设预测子一代和子二代的DNA分子的组成及离心结果。请两位同学分别在黑板上演示他们的结果，并请另外两位同学做出点评。教师引导提出DNA比例及条带宽度问题。学生演绎推理之后与教材53页当年梅塞尔森和斯特尔所做的实验结果相比对，得出DNA半保留复制的结论。4、DNA复制过程的探究观看DNA复制过程的动画，教师结合动画对DNA复制过程进行解说。回顾动画内容，尝试让学生总结DNA复制过程的三大步骤：①解旋；②合成子链；③重新螺旋。针对该过程进行深入探讨：探究一：如何提高DNA复制的速度？先阅读资料：子宫瘤细胞的DNA分子长36mm，DNA复制的速度是μm/分钟，理论上DNA复制需要多长时间？4万分钟（约天）实际只需约40分钟！理论和现实相差如此之大该如何解释？结合两幅图分别提出DNA复制过程中“边解旋边复制”和“多起点双向复制”两个特点。探究二：如何保证DNA复制的准确性？根据DNA分子的结构特点，尝试让学生给出答案：DNA独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板；碱基互补配对原则保证复制的准确进行。DNA复制条件的探究：人们一直都有一个梦想，那就是能否在体外人工合成DNA。1956年，美国的科恩伯格首次尝试着做这件事，他首先在试管中加入了4种脱氧核苷酸作为合成DNA的原料，然后又加入了一些复制相关的酶（DNA聚合酶），于是开始期待结果，可惜并没有得到想要的DNA分子。那么同学们想一想，结合DNA分子的复制过程，你觉得可恩伯格的试管中还缺什么东西呢？（学生回答：能量和模板）总结DNA复制的条件：①模板：DNA的两条链；②原料：4种脱氧核苷酸；③酶：如解旋酶和DNA聚合酶等；④能量：ATP提供能量。课堂小结本节课我们学习了DNA的化学组成，DNA的立体结构和DNA的特性。组成DNA的碱基共有A、T、G、C四种，构成DNA的基本单位也有4种。每个DNA分子由二条多脱氧核苷酸长链反向平行盘旋成双螺旋结构，两条链上的碱基按照碱基互补配对原则，即A—T、G—C，通过氢键连接成碱基对。DNA分子具有稳定性、多样性和特异性。多样性产生的