一、教材分析

（一）教學(xué)目標(biāo)

1.闡述核酸由核苷酸聚合而成，是儲(chǔ)存與傳遞遺傳信息的生物大分子。

2.簡(jiǎn)述DNA和RNA的區(qū)別與聯(lián)系。

3.概述生物大分子以碳鏈為骨架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

（二）教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

1.教學(xué)重點(diǎn)

（1）核酸是細(xì)胞內(nèi)攜帶遺傳信息的物質(zhì)。

（2）生物大分子以碳鏈為骨架。

2.教學(xué)難點(diǎn)

（1）核酸的種類及結(jié)構(gòu)。

（2）生物大分子以碳鏈為骨架。

（三）編寫思路

本節(jié)設(shè)置了“DNA指紋技術(shù)在案件偵破中的重要作用”的情境，該情境與社會(huì)聯(lián)系緊密，對(duì)學(xué)生來說有神秘感，因而能激發(fā)學(xué)生的探究欲望。

在必修2第3章“基因的本質(zhì)”中還要詳細(xì)學(xué)習(xí)核酸的功能，因此本節(jié)主要幫助學(xué)生初步建立起核酸可以作為遺傳信息的攜帶者的概念。本節(jié)通過脫氧核苷酸和核糖核苷酸的結(jié)構(gòu)對(duì)比，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到核酸之所以具有攜帶遺傳信息的功能，是因?yàn)楹塑账嵘嫌袎A基的原因，因而又從分子水平上進(jìn)一步理解了結(jié)構(gòu)與功能是相適應(yīng)的。

本節(jié)“問題探討”中的“刑偵人員可以通過DNA指紋獲得嫌疑人信息”的原因，學(xué)生并不能準(zhǔn)確回答，但在學(xué)完DNA分子的組成后，再對(duì)該問題進(jìn)行具體闡述，學(xué)生就很容易理解DNA分子是如何貯存遺傳信息的。在此基礎(chǔ)上再進(jìn)一步概括核酸的概念，從而讓概念的形成有了事實(shí)的支撐。

“生物大分子以碳鏈為骨架”是一個(gè)重要的生物學(xué)概念，是對(duì)已學(xué)多糖、蛋白質(zhì)和核酸的分子結(jié)構(gòu)的一個(gè)總結(jié)。為了便于學(xué)生理解，教材采用“簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)模式圖”的形式，讓學(xué)生采用直觀對(duì)比的方式，從中理解構(gòu)成生命的大分子所特有的結(jié)構(gòu)特征。

二、教學(xué)建議

通過本節(jié)課的教學(xué)，應(yīng)讓學(xué)生掌握“核肯酸是組成核酸的基本單位（體），核苷酸可以通過脫水縮合形成長(zhǎng)鏈，進(jìn)而形成核酸分子”“核酸分為脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）"等概念，進(jìn)而形成“核酸是細(xì)胞內(nèi)攜帶遺傳信息的物質(zhì)，在生物體的遺傳、變異和蛋白質(zhì)的合成中具有極其重要的作用”這一概念。

本節(jié)內(nèi)容建議安排I課時(shí)。由于核酸的結(jié)構(gòu)微觀，復(fù)雜抽象，因此提高教學(xué)的直觀性，充分借助學(xué)具模型、多媒體動(dòng)畫等，開展教學(xué)尤為重要。另外，課前也可以讓學(xué)生收集“人類基因組計(jì)劃”“DNA 指紋技術(shù)”“全國(guó)打擊拐賣兒童DNA數(shù)據(jù)庫”等資料，讓學(xué)生提前了解DNA所攜帶遺傳信息的重要性。

1.緊密聯(lián)系生活，創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

策略一利用教材中“問題探討”背景資料，結(jié)合真實(shí)犯罪案例的圖片、文字等信息，創(chuàng)設(shè)問題情境：“為什么DNA能提供犯罪嫌疑人的信息？”“你還能說出DNA鑒定技術(shù)在其他方面的應(yīng)用嗎？”

策略二教師利用實(shí)物和實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)3個(gè)真實(shí)情境：（1）用簡(jiǎn)易的方法快速粗提取某種生物的DNA；（2）教師呈示用該生物的DNA制作的“DNA項(xiàng)鏈”；（3）呈示從市場(chǎng)購(gòu)得的某品牌的“核酸口服液”。教師提問：“DNA 是由什么物質(zhì)組成的？又具有怎樣的結(jié)構(gòu)呢？核酸口服液真的能有效提升人體免疫力，針對(duì)性治療某些疾病嗎？”

策略三收集關(guān)于“拐賣兒童”問題的背景資料，結(jié)合圖片、表格和文字等信息，創(chuàng)設(shè)情境：“自從全國(guó)打擊拐賣兒童DNA數(shù)據(jù)庫建成后，借助‘打拐DNA數(shù)據(jù)庫’，數(shù)以千計(jì)的被拐兒童得以重回父母身邊。”教師提問：“為什么打拐DNA數(shù)據(jù)庫能幫助大量的被拐兒童找到親生父母？”

2.利用直觀的圖解或?qū)W具，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)核酸的組成、結(jié)構(gòu)與功能

經(jīng)過初中生物學(xué)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道細(xì)胞核內(nèi)具有儲(chǔ)存遺傳信息的物質(zhì)——DNA。但學(xué)生對(duì)DNA的結(jié)構(gòu)不了解，對(duì)RNA的結(jié)構(gòu)與功能更是陌生。受一些生活經(jīng)驗(yàn)的影響，學(xué)生還會(huì)形成“DNA就是核酸，核酸就是DNA"等錯(cuò)誤的前概念。因此，在“核酸的組成與功能”教學(xué)中，建議以學(xué)生原有的知識(shí)為基礎(chǔ)，利用已有的化學(xué)知識(shí)，采用小組合作形式，開展多種形式的教學(xué)。

策略一利用圖解與繪圖，理解核酸的種類與結(jié)構(gòu)。教師提出問題：“核酸分為哪幾種？基本組成單位分別是什么？每一種基本組成單位又由哪幾個(gè)部分組成？”學(xué)生帶著問題閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，在小組討論的基礎(chǔ)上進(jìn)行匯報(bào)。接著，讓學(xué)生在紙上繪制出脫氧核糖核苷酸和核糖核苷酸的結(jié)構(gòu)模式圖，說出DNA和RNA在化學(xué)組成上的異同，進(jìn)而要求每個(gè)同學(xué)分別繪制脫氧核糖核苷酸與核糖核苷酸的長(zhǎng)鏈，教師巡視、指導(dǎo)，小組成員組內(nèi)交流。小組代表展示，教師評(píng)價(jià)，小組完善模型。

策略二利用學(xué)具模型與繪圖，理解核酸的種類與結(jié)構(gòu)。教師首先提出問題：“核酸分為哪幾種？其基本組成單位分別是什么？每一個(gè)基本組成單位又由哪幾個(gè)組成部分？”學(xué)生帶著問題閱讀教材內(nèi)容。教師再呈示核苷酸的學(xué)具模型，介紹各種模型結(jié)構(gòu)所代表的物質(zhì)種類，學(xué)生傾聽后組內(nèi)交流。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生用不同的模型結(jié)構(gòu)分別搭建4種脫氧核苷酸和4種核糖核苷酸，并說出DNA和RNA在化學(xué)組成上的異同。學(xué)生進(jìn)一步搭建脫氧核糖核苷酸與核糖核苷酸的長(zhǎng)鏈，教師巡視、指導(dǎo)，小組成員組內(nèi)交流。小組代表展示，教師評(píng)價(jià)，小組完善模型。根據(jù)不同小組利用4種脫氧核苷酸為原料，繪制（或搭建）的各不相同的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈和核糖核苷酸長(zhǎng)鏈這一事實(shí)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)DNA分子具有多樣性和特異性等特點(diǎn)，以此說明DNA分子可以儲(chǔ)存大量不同的遺傳信息。通過圖片、文字或短視頻等信息形式，向?qū)W生介紹少數(shù)病毒的遺傳信息儲(chǔ)存在RNA中，RNA也具有遺傳物質(zhì)的一般特征。最終，求同歸納得出概念——核酸是細(xì)胞內(nèi)攜帶遺傳信息的物質(zhì)，在生物體的遺傳、變異和蛋白質(zhì)的合成中具有極其重要的作用。

3.引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)，理解生物大分子以碳鏈為骨架

呈現(xiàn)前述的脂肪酸分子結(jié)構(gòu)，特別是其碳鏈構(gòu)成的骨架，再呈現(xiàn)出葡萄糖分子結(jié)構(gòu)、氨基酸分子結(jié)構(gòu)、核苷酸分子結(jié)構(gòu)，以引導(dǎo)學(xué)生繪制概念圖的方式，歸納整理糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸等組成細(xì)胞的有機(jī)化合物的概念及其關(guān)系，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)多糖（淀粉、糖原）、蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子的基本組成單位，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)多糖（淀粉、糖原）、蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子是由相應(yīng)的單體連接成多聚體，理解生物大分子以碳鏈為骨架，并繪制本章內(nèi)容的完整概念圖。

三、答案和提示

（一）問題探討

1.DNA是遺傳物質(zhì)，攜帶有遺傳信息，不同個(gè)體的遺傳信息一般都有區(qū)別，因此，DNA能；夠提供犯罪嫌疑人的信息。

2.提示：可以進(jìn)行親子鑒定；鑒別在地震等災(zāi)害中遇難親屬的遺體等。

（二）練習(xí)與應(yīng)用

概念檢測(cè)

1.（1）√；（2）×；（3）√。

2.C。

3.C。

4.C。

拓展應(yīng)用

（1）“一切疾病都與基因受損有關(guān)”過于絕對(duì)，疾病有的是基因受損導(dǎo)致的，還有很多疾病是受到細(xì)菌等病原體影響導(dǎo)致的。“基因是核酸片段”屬于概念有誤，核酸包括DNA和RNA，除少數(shù)病毒外，生物的基因是DNA上有遺傳效應(yīng)的片段。“補(bǔ)充某些特定的核酸，可增強(qiáng)基因的修復(fù)能力”這是混淆概念關(guān)系以誤導(dǎo)消費(fèi)者。人們吃的食物中已經(jīng)含有很多核酸，不需要額外補(bǔ)充核酸，核酸也不是人體需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；人體內(nèi)不缺乏合成核酸的原料；人體細(xì)胞不會(huì)直接利用外來核酸，無論是食物中的核酸，還是補(bǔ)充特定的核酸，都不能直接被細(xì)胞利用，都要被消化系統(tǒng)內(nèi)的酶分解后才能被人體細(xì)胞利用；細(xì)胞內(nèi)的基因修復(fù)有復(fù)雜的機(jī)制，補(bǔ)充核酸不會(huì)增強(qiáng)基因修復(fù)能力

（2）提示：向推銷人員詢問該核酸保健品的成分、功效，及如何起到保健作用的原理；運(yùn)用己學(xué)習(xí)的核酸知識(shí)與推銷員交流，傳遞正確的營(yíng)養(yǎng)保健知識(shí)；表明不會(huì)購(gòu)買核酸保健品的態(tài)度。

四、背景資料

1.核酸的發(fā)現(xiàn)1868年，在德國(guó)化學(xué)家雀佩-賽勒（Hoppe-Seyler）的實(shí)驗(yàn)室里，有一個(gè)瑞L籍的研究生，名叫米舍爾（F.Miescher，1844-1895），他在實(shí)驗(yàn)室所承擔(dān)的工作是研究膿血中細(xì)胞的化學(xué)成分，當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室附近有一家醫(yī)院，常常扔出許多帶膿血的繃帶，膿血里有與病菌“作戰(zhàn)”而死亡的白I細(xì)胞以及其他死亡的人體細(xì)胞。米舍爾細(xì)心地用洗脫的辦法將繃帶上的膿血收集起來。他先用灑精把細(xì)胞中的脂肪性物質(zhì)去掉，然后用豬胃黏膜的酸性提取液（一種能除掉蛋白質(zhì)的胃蛋白酶粗制品）進(jìn)行處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的大部分被分解了，而細(xì)胞核只是縮小了一點(diǎn)兒，仍然保持完整..得到細(xì)胞核后，米舍爾對(duì)組成細(xì)胞核的物質(zhì)進(jìn)行了化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核內(nèi)含有與細(xì)胞內(nèi)其他有機(jī)物明顯不同的物質(zhì)，這種物質(zhì)的磷含量很高，遠(yuǎn)高于蛋白質(zhì)，而且對(duì)蛋白酶有耐受性。米含爾認(rèn)為這是一種新物質(zhì)?；襞?/span>-賽勒當(dāng)時(shí)是生物化學(xué)界的權(quán)威，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，他要在親自做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證米舍爾的T.作后，才允許米舍爾發(fā)表這個(gè)成果?；襞?/span>-賽勒用酵母細(xì)胞做實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了米合爾的發(fā)現(xiàn)。米舍爾將他發(fā)現(xiàn)的新物質(zhì)命名為“核素”。核素十分不穩(wěn)定，提取時(shí)必須非常小心，速度要快，還得保持很低的溫度。為了制備核素，米舍爾常常從清晨5：00就開始在低溫的房向里工作。這大大影響了他的健康，以致積勞成疾，51歲就離開了人間。

霍佩-賽勒的另一個(gè)學(xué)生，德國(guó)的科塞爾（A.Kossel，1853-1927），發(fā)現(xiàn)核素是蛋白質(zhì)和核酸的復(fù)合物、他小心地水解核酸，得到了組成核酸的基本成分：鳥嘌呤、腺嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶，還有些具有糖類性質(zhì)的物質(zhì)和磷酸。確定了核酸這個(gè)生物大分子的組成之后，隨之而來的問題是這些物質(zhì)在大分子中的比例，它們之間是如何連接的。斯托伊德爾（H.Steudel）找到了前一個(gè)問題的答案。通過分析，他發(fā)現(xiàn)單糖、每種嘌呤或嘧啶堿基、磷酸的比例為1：1：1。限于當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件，后一個(gè)問題沒有完全解決，科塞爾及其同事只是發(fā)現(xiàn)，如果小心地水解核酸，糖基團(tuán)與含氮的基團(tuán)是連在一起的?？迫麪栠€對(duì)核酸與蛋白質(zhì)的結(jié)合方式進(jìn)行了研究。他發(fā)現(xiàn)有此物種的核酸與蛋白質(zhì)結(jié)合比較緊密，有些則比較松散?？迫麪栆蚱湓诤怂峄瘜W(xué)領(lǐng)域的開創(chuàng)性I作，榮獲1910年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

1911年，科塞爾的學(xué)生列文（P.ATLevine，1869-1940）對(duì)核酸做了進(jìn)一步的研究。他證明核酸所含的糖類由5個(gè)碳原子組成，并將這種糖類命名為核糖。當(dāng)時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)兩種不同的核酸，列文找到了它們之間的區(qū)別：它們中的五碳糖不同。另一種糖類比核糖少一個(gè)氧原子，稱為脫氧核糖。兩種核酸也由原來的名字改為核糖核酸和脫氧核糖核酸。1934年，列文發(fā)現(xiàn)核酸可被分解成含有一個(gè)嘌呤、一個(gè)核糖或脫氧核糖和一個(gè)磷酸的片段，這樣的組合叫核開酸。他認(rèn)為核酸是由五碳糖與磷酸基團(tuán)組成的長(zhǎng)鏈，每一個(gè)五碳糖上再接一個(gè)堿基。列文認(rèn)為這些堿基可能以一種非常簡(jiǎn)單的方式排列，如12341234等，每個(gè)數(shù)字代表一種特定的堿基。這個(gè)模型后來被稱為核酸結(jié)構(gòu)的四核苷酸假說。列文雖然沒有獲得諾貝爾獎(jiǎng)，但他的貢獻(xiàn)有目共睹，并將永遠(yuǎn)留在核酸化學(xué)的歷史中。

弄清物質(zhì)結(jié)構(gòu)的最終證明是成功地合成出這種物質(zhì)。核酸的結(jié)構(gòu)問題很復(fù)雜，糖類和堿基都是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的組分，有多種連接的可能，而且還有磷酸基團(tuán)的位置問題。英國(guó)生物化學(xué)家托德（A.R.Todd）成功地合成了核苷酸，并于1955年成功合成了二核苷酸。托德因其在核苷酸合成以及核苷酸輔酶方面的貢獻(xiàn)而獲得1957年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

核酸功能的闡明以及DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的揭示的科學(xué)發(fā)現(xiàn)史已為大家所熟知，《遺傳與進(jìn)化》模塊將做詳細(xì)的介紹，這里不再贅述。

2.核酸的分離和提純

研究核酸首先要對(duì)其進(jìn)行分離和提純。制備核酸要注意防止核酸的降解和變性，盡量保持其在生物體內(nèi)的天然狀態(tài)。早期研究時(shí)，由于受到方法上的限制，得到的樣品往往是一些降解產(chǎn)物。要制備天然狀態(tài)的核酸，必須在溫和的條件下進(jìn)行，防止過酸、過堿，避免劇烈攪拌，尤其是防止核酸酶的作用。

真核生物中的染色體DNA與組蛋白結(jié)合成核蛋白（DNP），存在于核內(nèi)。DNP溶于水和濃鹽溶液（如質(zhì)量濃度為1 mol/L的NaCI溶液），但不溶于質(zhì)量濃度為0.14mol/L的NaCI溶液。利用這一性質(zhì)，可將細(xì)胞破碎后用濃鹽溶液提取，然后用水稀釋至0.14 molL，使DNP纖維沉淀出來，纏繞在玻璃棒上，再經(jīng)多次溶解和沉淀以達(dá)到純化目的。苯酚是很強(qiáng)的蛋白質(zhì)變性劑，可用苯酚抽提，除去蛋白質(zhì)。用水飽和的苯酚與DNP一起振蕩，冷凍離心，DNA溶于上層水相，不溶性變性蛋白質(zhì)殘留物位于中間界面，一部分變性蛋白質(zhì)停留在酚相。如此操作反復(fù)多次以除凈蛋白質(zhì)。將含DNA的水相合并，在有鹽存在的條件下加2倍體積冷的乙醇，可將DNA沉淀出來。再用乙醚和乙醇洗滌沉淀，用這種方法可以得到純的DNA。

RNA比DNA更不穩(wěn)定，而且RNase又無處不在，因此RNA的分離更為困難。制備RNA通常需要注意3點(diǎn)：（1）所有用于制備RNA的器具必須滅菌；（2）在破碎細(xì)胞的同時(shí)加入強(qiáng)變性劑使RNase失活；（3）在RNA的反應(yīng)體系中加入RNase的抑制劑。目前最常用的制備RNA的方法有兩種：（1）用酸性胍鹽/苯酚/氯仿抽提。胍是極強(qiáng)烈的蛋白質(zhì)變性劑，它幾乎使所有遇到的蛋白質(zhì)都變性。用苯酚和氯仿多次除凈蛋白質(zhì)。此法用于小量制備RNA。（2）用胍鹽/氯化銫將細(xì)胞抽提物進(jìn)行密度梯度離心。蛋白質(zhì)在最上層，DNA位于中間，RNA沉在底部。此法可制備較大量高純度的天然RNA。不同功能RNA常分布于細(xì)胞的不同部位，分離這些RNA常常先用差速離心法，將細(xì)胞核、線粒體、葉綠體、細(xì)胞質(zhì)等各部分分開，再?gòu)倪@些部分中分離出RNA。

3.核酸的水解

核酸的嘌呤堿和嘧啶堿與戊糖形成糖苷鍵。戊糖有兩種：核糖和脫氧核糖，所以形成4種糖苷，即嘌呤核苷、嘌呤脫氧核苷、嘧啶核苷、嘧啶脫氧核苷。磷酸基與兩種糖類分別形成核糖磷酸酯和脫氧核糖磷酸酯。所有糖苷鍵和磷酸酯鍵都能被酸、堿和酶水解。

水解核酸的酶種類很多。非特異性水解磷酸二酯鍵的酶為磷酸二酯酶；專一水解核酸的磷酸二酯酶稱為核酸酶。核酸酶按底物專一性分類，又可分為作用于核糖核酸的核糖核酸酶，作用于脫氧核糖核酸的脫氧核糖核酸酶；按對(duì)底物作用的方式，可分為核酸內(nèi)切酶和核酸外切酶。內(nèi)切酶的作用點(diǎn)在多核苷酸鏈的內(nèi)部，而外切酶的作用點(diǎn)從多核背酸鏈的末端開始，逐個(gè)地將核苷酸切下，從而對(duì)核酸進(jìn)行降解。也有少數(shù)酶既可內(nèi)切，也能外切。

4.核酸在不同生物（細(xì)胞）中的分狀況

所有生物細(xì)胞都含有DNA和RNA這兩類核酸。原核細(xì)胞DNA集中在擬核。真核細(xì)胞DNA分布在核內(nèi)，與蛋白質(zhì)組成染色體（染色質(zhì)）。線粒體、葉綠體等細(xì)胞器也含有DNA。病毒或只含DNA，或只含RNA從未發(fā)現(xiàn)兩者兼有的病毒。原核生物DNA、質(zhì)粒DNA、真核生物細(xì)胞器DNA都是環(huán)狀雙鏈DNA。所謂質(zhì)粒是指擬核DNA外基因，它能夠自主復(fù)制，并表現(xiàn)出特定的性狀。真核生物染色體DNA是線型雙鏈DNA。病毒DNA種類很多，結(jié)構(gòu)各異。動(dòng)物病毒DNA通常是環(huán)狀雙鏈或線型雙鏈。植物病毒基因組大多是RNA，DNA較少見。少數(shù)植物病毒DNA或是環(huán)狀雙鏈，或是環(huán)狀單鏈。噬菌體DNA多數(shù)是線型雙鏈，也有為環(huán)狀雙鏈的。

參與蛋白質(zhì)合成的RNA有三類：轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA），核糖體RNA（rRNA）和信使RNA（mRNA）。無論是原核生物還是真核生物都有這三類RNA。自20世紀(jì)80年代以來，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)許多新的具有特殊功能的RNA，幾乎涉及細(xì)胞功能的各個(gè)方面。病毒RNA種類很多，結(jié)構(gòu)也是多種多樣的。

5.核酸中核苷酸的連接方式

核酸是由核苷酸聚合而成的生物大分子，無分支結(jié)構(gòu)。核酸中的核苷酸以磷酸二酯鍵彼此相連。DNA中的脫氧核糖核苷酸，通過3’，5'-磷酸二酯鍵連接起來，形成直線形或環(huán)形多聚體（圖2-12）。組成RNA的核苷酸也是以3'，5'-磷酸二酯鍵彼此連接起來的（圖2-13）。

6.DNA指紋圖譜的建立與識(shí)別

小衛(wèi)星DNA是基因組中可變數(shù)目的串聯(lián)重復(fù)DNA（variable number of tandem repeat，VNTR）。它具有高度變異性，幾乎可以使每個(gè)個(gè)體形成唯一的特征性帶型，因此可用來鑒別不同的個(gè)體。在人類基因組中，每一個(gè)小衛(wèi)星家族都共有一種“核心”序列，制備含有核心序列的探針，再通過DNA印跡法，將其與不同個(gè)體的酶切DNA進(jìn)行雜交，就會(huì)將每個(gè)個(gè)體獨(dú)特的雜交圖譜呈現(xiàn)出來，這就是DNA指紋技術(shù)（DNA fingrprining）。英國(guó)的遺傳學(xué)家杰弗瑞斯（A.J.Jeffreys）是最早提出DNA指紋的人。1985 年，他的研究團(tuán)隊(duì)將一段人類肌紅蛋白的小衛(wèi)星DNA制備成探針（33bp），并用限制性內(nèi)切核酸酶消化含有短串聯(lián)重復(fù)序列的DNA，再將兩者雜交得到了包含十幾條條帶的雜交圖諧，不同個(gè)體的雜交圖譜如同人的指紋一樣具有高度個(gè)體特異性，于是杰弗瑞斯就將其稱為DNA“指紋”。這一技術(shù)很快在世界范圍內(nèi)的醫(yī)學(xué)和司法領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。在進(jìn)行親子鑒定時(shí)，如果能從父母的DNA指紋中找到孩子的所有條帶，就可以確定親子關(guān)系。在用于刑事案件工作時(shí)，如果條帶完全-致（條帶的位置和強(qiáng)度均相同）則為同一個(gè)體，如果檢測(cè)結(jié)果顯示的條帶與嫌疑者的條帶相比有部分缺失，則還需要計(jì)算二者的相關(guān)性和同一認(rèn)定的可信程度。

隨著微衛(wèi)星DNA（shorttandemrepeat，簡(jiǎn)稱STR，是由2~4個(gè)核苷酸組成的短串聯(lián)重復(fù)序列）的發(fā)現(xiàn)和PCR技術(shù)的應(yīng)用，DNA 指紋分析技術(shù)也在不斷改進(jìn)?，F(xiàn)在這一技術(shù)開始應(yīng)用對(duì)樣本微衛(wèi)星DNA序列的分析，因?yàn)檫@種序列在環(huán)境中留存的概率更大。PCR技術(shù)則使得樣本的需要量大大減少，如一根頭發(fā)甚至一個(gè)精子就可以進(jìn)行檢測(cè)，這對(duì)于法醫(yī)物證檢驗(yàn)尤為重要，并且PCR技術(shù)還能極大地提高DNA指紋分析的靈敏度。從個(gè)體的血液或其他組織提取DNA樣本后，采用PCR技術(shù)擴(kuò)增STR區(qū)域，擴(kuò)增產(chǎn)物再經(jīng)聚丙烯酰胺凝膠電泳后，用溴化乙錠或其他染料染色即可獲得結(jié)果。DNA指紋技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在司法鑒定、物種分類鑒定、遺傳病診斷、腫瘤研究等領(lǐng)域都發(fā)揮著巨大的應(yīng)用價(jià)值。

7.生物大分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

生物大分子一般是指存在于生物體內(nèi)的分子量大于10KD（千道爾頓）的大分子物質(zhì)。如蛋白質(zhì)、核酸，也包括多糖等。生物體內(nèi)還存在由生物大分子相互作用形成的復(fù)合大分子，如糖脂、糖蛋白、脂蛋白等。生物大分子的結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)。

（1）生物大分子是小分子單元的聚合物

構(gòu)成生物大分子的小分子單元稱為單體，也稱構(gòu)件。氨基酸、核苷酸和單糖分別是蛋白質(zhì)、核酸和多糖的單體。

（2）生物大分子以碳鏈為骨架

所有生物大分子都含有碳原子，并且以碳鏈為骨架。這是碳原子的化學(xué)性質(zhì)決定的。碳骨架有線形的，有分支形的，也有環(huán)形的；有飽和的，也有不飽和的。

（3）生物大分子具有復(fù)雜、有層次的結(jié)構(gòu)

生物大分子分子量大，單體種類多、數(shù)量大、排列順序千變?nèi)f化，因而其結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。據(jù)估計(jì)，僅蛋白質(zhì)就有10¹⁰~10¹²種。生物大分子又是有序的，每種生物分子都有自己的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，所有生物大分子都是以一定的有序性（組織性）存在于生命體系中。

生物大分子的結(jié)構(gòu)包括-一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)。一級(jí)結(jié)構(gòu)是指組成該生物大分子的單體的排列順序。但是，生物大分子決不是簡(jiǎn)單的長(zhǎng)長(zhǎng)的線狀單鏈，而往往是經(jīng)過反復(fù)的盤曲、折疊，保持某種特殊的.體形狀，這種立體形狀稱為構(gòu)象。生物大分子的立體構(gòu)象關(guān)系著它們的生物活性。

（4）生物大分子具有方向性

單體分子是有極性的，即它們是不對(duì)稱的。從某種意義上說，它們是有“頭”有“尾”的。當(dāng)這些單體分子組成生物大分子時(shí)，它們是頭一尾聯(lián)結(jié)。因此，生物大分子也是有頭有尾的。例如，蛋白質(zhì)分子有N端到C端的方向性，單鏈核酸分子總是5'到3'的方向性，多糖鏈具有從非還原端向還原端的方向性。

（5）非共價(jià)鍵維持生物大分子的結(jié)構(gòu)

牛物大分子中有兩類不同的作用力，一類是一級(jí)結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)作用力一共價(jià)鍵、另一類是決：定生物大分子高級(jí)結(jié)構(gòu)和生物大分子之間的相互識(shí)別、結(jié)合、作用的弱作用力——非共價(jià)鍵，包括氫鍵、離子鍵、范德華力和疏水作用等。這些力單獨(dú)作用時(shí)，很弱并且極不穩(wěn)定，但許多弱作用力協(xié)同作用，往往決定生物大分子的構(gòu)象。因此，一個(gè)穩(wěn)定的生物大分子往往需要多個(gè)非共價(jià)鍵共同作用。在一些特定條件下，個(gè)別非共價(jià)鍵遭到破壞，就會(huì)破壞生物大分子的空間結(jié)構(gòu)，但該條件去除后，就有可能恢復(fù)非共價(jià)鍵，表現(xiàn)為“可逆性”。

（6）生物大分子的官能團(tuán)可被修飾

修飾通常指生物大分子中個(gè)別官能團(tuán)發(fā)生的化學(xué)改變。在大多數(shù)情況下，這種化學(xué)改變是在，生物體內(nèi)經(jīng)酶催化完成的。修飾會(huì)對(duì)生物大分子的構(gòu)象產(chǎn)生影響。例如，蛋白質(zhì)的糖基化修飾、蛋白質(zhì)的磷酸化修飾、DNA的甲基化修飾、多糖的硫酸化修飾等。

五、教學(xué)案例與評(píng)析

核酸是遺傳信息的攜帶者

匯蘇省常熟市教育局教學(xué)研究室 陳益飛

教學(xué)目標(biāo)的確定

課程標(biāo)準(zhǔn)與本節(jié)相對(duì)應(yīng)的要求是“概述核酸由核芹酸聚合而成，是儲(chǔ)存與傳遞遺傳信息的生物大分子”。對(duì)應(yīng)的學(xué)業(yè)要求是：從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的視角，解釋核酸分子參與組成細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，是遺傳信息的攜帶者。由于《遺傳與進(jìn)化》模塊教材中對(duì)DNA和RNA的結(jié)構(gòu)和功能有較詳細(xì)的介紹，因此本節(jié)內(nèi)容的重點(diǎn)放在“從細(xì)胞層面對(duì)核酸的分類、核酸在細(xì)胞中的分布、核酸是由核作酸連接而成的長(zhǎng)鏈及生物大分子以碳鏈為骨架”的學(xué)習(xí)上。據(jù)此，本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)如下。

1.通過核什酸長(zhǎng)鏈照片的觀察分析及核甘酸、核苷酸鏈模型的構(gòu)建，能闡述核酸由核苷酸聚合而門成，能解釋核酸是儲(chǔ)存與傳遞遺傳信息的物質(zhì)。

2.通過對(duì)DNA和RNA化學(xué)組成上異同的比較，能說出DNA和IRNA的區(qū)別與聯(lián)系。

3.通過回顧“糖類、蛋白質(zhì)和核酸”的物質(zhì)組成，能概括出生物大分子以碳鏈為骨架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)..

教學(xué)設(shè)計(jì)思路

核酸是遺傳信息的攜帶者。為何由4種脫氧核苷酸組成的DNA、4種核糖核苷酸組成的RNA可以攜帶如此復(fù)雜的遺傳信息呢？通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，應(yīng)讓學(xué)生了解核酸的種類與分布、核酸能夠成為遺傳信息攜帶者的原因以及生物大分子是以碳鏈為骨架等知識(shí)。由于學(xué)生缺乏有關(guān)核苷酸和核酸的化學(xué)背景知識(shí)，且核苷酸、核酸的結(jié)構(gòu)相對(duì)抽象，所以在教學(xué)時(shí)，可采用模型建構(gòu)以及對(duì)不同的核苷酸、核酸圖像觀察和比較的方法，增加教學(xué)的直觀性，幫助學(xué)生理解核苷酸的組成，脫氧核苷酸和核糖核苷酸的區(qū)別，核苷酸排列順序的千差萬別與遺傳信息的關(guān)系，以及生物大分子以碳鏈為骨架等難點(diǎn)知識(shí)，提高科學(xué)思維能力，進(jìn)一步發(fā)展“結(jié)構(gòu)功能觀”。

教學(xué)實(shí)施的程序

評(píng)析

“核酸是遺傳信息的攜帶者”是從細(xì)胞層面讓學(xué)生了解核酸在細(xì)胞中的分布以及核酸能夠成為遺傳信息攜帶者的原因。由于高一的學(xué)生還未曾學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)，因此學(xué)生對(duì)于核苷酸的結(jié)構(gòu)及組成、核苷酸長(zhǎng)鏈形成的過程較難理解。本節(jié)課通過生活情境導(dǎo)人，增設(shè)探究實(shí)驗(yàn)，建構(gòu)核苷酸模型和核苷酸鏈模型等形式，邊做、邊學(xué)、邊想，將原本抽象的知識(shí)變得具體而易于理解，輕松突破了教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1.創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望

播放刑偵人員通過DNA指紋技術(shù)在偵破工作中鎖定犯罪嫌疑人的視頻來導(dǎo)人新課，并提出問題“為什么DNA能夠提供犯罪嫌疑人的信息？”讓學(xué)生依據(jù)現(xiàn)有的知識(shí)進(jìn)行思考，從而引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。在學(xué)習(xí)完“核酸貯存遺傳信息”這部分內(nèi)容后，再由學(xué)生來解釋“DNA能夠提供犯罪嫌疑人的信息”的疑惑。這種首尾呼應(yīng)的教學(xué)處理方法，不僅讓課堂教學(xué)有清晰的教學(xué)主線，更讓學(xué)生體驗(yàn)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來解決生活問題的成就感，提升了學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

2.強(qiáng)化圖片對(duì)比分析，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維

“核酸的種類和分布”內(nèi)容部分，通過展示DNA和RNA在不同的動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞和原核生物中的分布圖片，引導(dǎo)小組討論分析DNA和RNA在細(xì)胞中的分布情況，得出核酸的種類及其在細(xì)胞內(nèi)的分布，能培養(yǎng)學(xué)生的讀圖能力。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生討論分析真核細(xì)胞線粒體、葉綠體中的DNA、RNA和原核細(xì)胞中的DNA、RNA，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、縝密的科學(xué)思維，有助于學(xué)生認(rèn)識(shí)生命的復(fù)雜性。

在“生物大分子以碳鏈為骨架"部分，訓(xùn)練學(xué)生的讀圖、識(shí)圖|和建模的能力，并由核酸拓展到其他生物大分子，從而理解生物界的統(tǒng)一性與多樣性。

3.通過模型構(gòu)建，突破教學(xué)難點(diǎn)

“核酸是由核苷酸連接而成的長(zhǎng)鏈”這部分內(nèi)容抽象而復(fù)雜，學(xué)生比較難理解。引導(dǎo)學(xué)生小組合作動(dòng)手構(gòu)建脫氧核苷酸和核糖核苷酸模型，邊做邊學(xué)，邊體會(huì)核苷酸的命名，核酸與各組成部分之間的關(guān)系，以“做中學(xué)”的方法加深對(duì)概念的理解，進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手操作與合作交流能力。針對(duì)“核酸貯存遺傳信息”的教學(xué)創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生對(duì)構(gòu)建的不同核苷酸鏈進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的精神，認(rèn)同核酸分子結(jié)構(gòu)的多樣性，激發(fā)學(xué)生的求知欲，使學(xué)生主動(dòng)參與到學(xué)習(xí)中來，完成了預(yù)設(shè)的目標(biāo)。在“生物大分子以碳鏈為骨架”部分，訓(xùn)練學(xué)生的讀圖、識(shí)圖和建模的能力，并由核酸拓展到其他生物大分子，從而理解生物大分子的統(tǒng)-性與多樣性，進(jìn)一步形成結(jié)構(gòu)與功能觀。

4.通過學(xué)以致用，提高責(zé)任意識(shí)

最后的“學(xué)以致用”環(huán)節(jié)，通過創(chuàng)設(shè)“核酸保健品推銷員”的問題情境，讓學(xué)生用科學(xué)知識(shí)來解決生活中的實(shí)際問題，體會(huì)知識(shí)來源于生活，指導(dǎo)生活。學(xué)生不僅僅是知識(shí)的學(xué)習(xí)者，也是知識(shí)的傳播者和運(yùn)用者，通過制作手機(jī)APP等訓(xùn)練學(xué)生的質(zhì)疑精神和與人交流溝通的技巧，從而能理性應(yīng)對(duì)生活中與生物學(xué)相關(guān)的問題，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

評(píng)析人：馬建興（蘇州市教育科學(xué)研究院）

“復(fù)習(xí)與提高”參考答案

一、選擇題

1.A。2.B。3.D。4.D。5.A。6.D。7.A。8.B。

二、非選擇題

1.（1）冬小麥的含水量從9月至12月處于下降趨勢(shì)，因?yàn)殡S著冬季來臨，氣溫下降，細(xì)胞中自由水的含量顯著下降有助于抵抗低溫凍害。

（2）在寒冷的情況下，自由水可以結(jié)成冰而傷害植物，結(jié)合水則不會(huì)結(jié)冰。因此，冬季來臨時(shí)，冬小麥細(xì)胞內(nèi)自由水的比例逐漸降低，而結(jié)合水的比例逐漸上升，可以避免氣溫下降時(shí)自由水過多導(dǎo)致容易結(jié)冰而損害自身，這是植物適應(yīng)環(huán)境的一種表現(xiàn)，是生物進(jìn)化的結(jié)果。

（3）略。

2.蛋白質(zhì)的功能是：由氨基酸種類、數(shù)目和排列順序、多肽鏈折疊或盤曲形成的空間結(jié)構(gòu)決定的。人的紅細(xì)胞承擔(dān)運(yùn)輸氧的作用，是因?yàn)檠t蛋白的結(jié)構(gòu)適于運(yùn)輸氧；而心肌細(xì)胞主要是承擔(dān)心臟律動(dòng)作用，其心肌蛋白的結(jié)構(gòu)適于律動(dòng)。

3.構(gòu)成多糖的基本單位是葡萄糖，無論多少個(gè)葡萄糖構(gòu)成多糖，它的順序沒有什么變化。

核酸就不同了，構(gòu)成核酸的核苷酸，無論是脫氧核苷酸還是核糖核苷酸，都各含4種堿基。核酸是由核苷酸連接而成的長(zhǎng)鏈，核酸分子中4種脫氧核苷酸（或核糖核苷酸）在數(shù)量、排列順序上就會(huì)千差萬別，從而能夠承擔(dān)起攜帶遺傳信息的功能。因此說核酸是遺傳信息的攜帶者，而多糖不是。

4.在隕石中發(fā)現(xiàn)了氨基酸，且非地球所有，這說明宇宙中很可能還存在與地球生物類似的生命形式。因?yàn)榘被崾墙M成蛋白質(zhì)的基本單位，而蛋白質(zhì)又是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者。

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