2.5核酸是遗传信息的携带者教学设计-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

5核酸是遗传信息的携带者 目标素养 1．通过对核酸的结构和功能的学习，形成结构和功能相适应的观点。 2．通过DNA和RNA的比较，形成比较与分析的科学思维方式。 3．通过动手构建并分析不同核苷酸链，认同核酸能储存遗传信息，培养科学探究精神。 4．通过了解DNA指纹技术在烈士寻亲、刑侦破案等方面的应用，培养关注科技发展、热爱祖国的情感。 重点难点 重点 1．核酸是细胞内携带遗传信息的物质。 2．生物大分子以碳链为骨架。 难点 1．核酸的种类和结构。 2．生物大分子以碳链为骨架。 教师准备 1．制作课件。 2．准备组装核苷酸链的材料。 学生准备 1．复习第4节的内容。 2．预习本节内容。 导入新课 导入一 教师 播放视频《在韩志愿军烈士遗骸归国》。 教师 出示资料： 2021年9月2日，韩方向中方移交109位在韩中国人民志愿军烈士遗骸，又有一批英雄烈士回到了祖国的怀抱。从2014年至2021年，我国累计迎回八批共825位烈士。然而，半个世纪过去，许多英烈没有姓名，家人也无从知晓，烈士寻亲，难上加难。9月1日，从退役军人事务部传来好消息，2020年归国的第七批烈士中有4位烈士正式确认找到了亲属。这四位烈士分别是梁佰有烈士、展志忠烈士、吴雄奎烈士、林水实烈士。经核实，展志忠烈士，男，1920年生人，籍贯为河南省驻马店市新蔡县，1953年7月牺牲于江原道铁原郡。展志忠烈士有两个儿子，长子展超明今年78岁，次子展超玉74岁。两位老人因病都行动不便，但他们听到寻亲消息后，激动不已，跋涉20多千米到镇政府进行了采血，接受DNA比对。 偶有所得 教师 青山埋忠骨，山河念英魂，祖国不会忘记你们，你们的名字将永远铭刻在共和国的历史上！ 教师 为什么唯有DNA比对才可以确定烈士们的身份？ 学生 因为每个人的DNA都具有特异性。 教师 那么神奇的DNA是什么物质？它为什么具有特异性呢？它在细胞中的功能是什么？这就是本节课我们要探究的问题。 设计意图 利用《在韩志愿军烈士遗骸归国》视频引入，既激发了学生的学习兴趣，又对学生进行了爱国主义教育，同时也引入了DNA的特异性这一概念。 导入二 教师 播放视频《你可以主动让他们核对DNA》。 教师 视频中的检验人员告诉我们，不同人的DNA相同的概率是千万分之一，这说明DNA具有什么性？ 学生 说明DNA具有特异性，也说明DNA具有多样性。 DNA指纹技术在案件侦破中有着重要的用途。刑侦人员将从案发现场得到的血液、头发等样品中提取的DNA，与犯罪嫌疑人的DNA进行比较，就可能为案件的侦破提供证据。 出示图片： 教师结合图片想一想，DNA鉴定技术还有哪些方面的应用？ 学生 DNA鉴定技术还可以用于亲子鉴定、研究人类起源、研究不同类群生物的亲缘关系、为被拐儿童找到亲生父母等。 教师 那么DNA到底是什么物质呢？它的结构具有什么特点呢？ 导入三 出示图片： 图中的“大白”在做什么？ 在进行核酸检测。 从2020年到2022年，全国人民做了很多次核酸检测，目的是检测我们是否感染了新冠病毒。为什么通过检测核酸就可以知道我们是否感染了新冠病毒呢？ 学生 因为每种生物所含有的核酸不完全相同。 出示资料和讨论题： 资料一 汶川地震后，很多遇难者长时间被掩埋在地下，已经无法通过外观来辨认。国家派出大批法医力量，对遗体进行拍照，提取DNA，运用DNA指纹技术对遇难者的身份进行鉴定。 资料二 DNA指纹技术在案件侦破工作中有重要用途。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。 资料三 DNA记录了每个人有别于他人的遗传信息，它和指纹一样具有绝对的个体特征，故将DNA分析图谱称为“DNA指纹”。DNA指纹是一份生物医学的“身份证”，是独一无二的，将跟随终生，在很多方面都有意想不到的功能和用途。DNA指纹是非常精确的，误差率在百万分之一以下，现在已被广泛用于个体鉴定和法医DNA分析。 讨论： 1．为什么DNA鉴定能确认遇难者的身份和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？ 学生 讨论并回答问题。 1．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 鉴定能确认遇难者的身份和提供犯罪嫌疑人的信息。 2．DNA鉴定技术在亲子鉴定、研究不同类群生物的亲缘关系、研究人类起源等方面也有应用。 教学过程 环节一：核酸的组成、结构和种类 思路一 教师 阅读以下资料，体验科学家发现核酸的过程，思考并回答相关问题。 资料- 1869年，瑞士科学家米舍尔从外科临床用过的绷带上洗下脓细胞，并从细胞核中分离出一种有机物，该物质不会被胃蛋白酶分解。米舍尔将这种新物质命名为“核素”。为了制备“核素”，米舍尔常常从凌晨5：00就开始在低温的房间里工作，这大大影响了他的健康，以致积劳成疾，51岁就离开了人间。 资料二 19世纪末，德国生理化学家科赛尔通过大量实验，分别从胸腺和酵母中提取出“核素”，通过实验证明“核素”由碱基、硝酸和糖类组成，于是将它们称为胸腺核酸和酵母核酸。后来从核酸中提取出5种含象碱基，分别是腺嘌呤、乌嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和尿嘧啶。 资料三 1909年，美国科学家列文水解酵母核酸得到核糖晶体，证明了五碳糖是植糖。1929年，他又通过酶解法处理胸腺核酸，获得了脱氧核糖晶体，证明其中的糖是脱氧植糖。列文更重要的贡献在于1934年发现核酸可被分解为含有一个嘌呤、一个核糖或脱氧核糖和一个磷酸的片段，并将这样的组合称为“核苷酸”。并且确认了核苷酸中磷酸、五碳糖和含氮碱基之间的连接方式：含氮碱基连接在五碳糖1号位的碳原子上，磷酸基团则连接在五碳糖5号位的碳原子上。 1．这里的“核素”其实是什么物质？ 2．“核素”是由哪些物质组成的？ 3．核酸的组成元素有哪些？ 4．组成核酸的糖类有哪两种？ 学生 阅读资料，思考并回答问题。 1．这里的“核素”其实是核酸。 2．“核素”是由含氮碱基、磷酸和糖类组成的。 3．核酸的组成元素有C、H、O、N、P。 4．组成核酸的糖类有核糖和脱氧核糖两种。 教师 核糖和脱氧核糖的结构式如图所示，请说出这两种糖在结构上的差别。 核糖 脱氧核糖 学生核糖的2号位碳原子上连的是一OH，脱氧核糖的2号位碳原子上连的是-H。 因为五碳糖的不同，核酸具有哪些种类？ 核酸包括核糖核酸和脱氧核糖核酸两大类。 用圆圈表示磷酸，用长方形表示碱基，用五边形表示五碳糖，绘出碱基、磷酸与五碳糖的连接方式。 我们绘制的这个结构称为什么？ 一分子核苷酸由什么物质组成？ 一分子核苷酸由一分子五碳糖、一分子含氮碱基和一分子磷酸组成。 根据五碳糖的不同，核苷酸被分为哪两类？ 学生 根据五碳糖的不同，核苷酸被分为核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两类。 许多核糖核苷酸连按面成的化合物是核糖核数，简称为RNA，许多脱氧核糖核苷破连接而成的化合物是吸氧核糖核酸，简称为DNA，组成两种核酸的碱基分别有哪些种类？ 学生 RNA含有入、G、C、U四种碱基.DNA含有A、G、C、T四种碱基。 数师 这些碱基的名称分别是什么？请快速记忆一下。 学生 A、G、C、U、T的名称分别是腺嘌呤、鸟啄呤、胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶。 由以上分析，我们知道DNA和RNA在组成上有很多相同点和不同点，请小组合作总结并展示。 学生，合作分析并总结DNA和RNA的相同点和不同点。 教师：以下有关DNA和RNA的各项，相同的有哪些？不同的具体表现在哪些方面？ 1．基本组成单位。 2．核苷酸的组成。 3．磷酸、含氮碱基和五碳糖的连接方式。 4．五碳糖的种类。 5．磷酸的种类。 6．碱基的种类。 学生，思考并回答。 1．DNA和RNA的基本组成单位都是核苷酸，但DNA的基本组成单位为脱氧核苷酸，RNA的基本组成单位为核糖核苷酸。 2．核苷酸都是由磷酸、含氮碱基和五碳糖组成的。 3．磷酸、含氮碱基和五碳糖的连接方式相同。 4．五碳糖的种类不相同，组成DNA的五碳糖是脱氧核糖，组成RNA的五碳糖是核糖。 5．磷酸的种类相同。 6．碱基的种类不完全相同，组成DNA的碱基是A、T、C、G，组成RNA的碱基是A、U、C、G。 教师 结合教材知识想一想，DNA和RNA还在哪些方面有差异？ 学生 真核细胞中，DNA主要分布在细胞核中，RNA主要分布在细胞质中。一般情况下，DNA由两条链构成，RNA由一条链构成。 教师 请小组合作完成核酸的组成结构图。 学生 ①C、H、O、N、P；②磷酸；③五碳糖；④含氮碱基；⑤核苷酸；⑥核苷酸链。 偶有所得 综上所学，请小组合作完成DNA和RNA的比较表。 学生 小组合作完成表格并展示。 种类 DNA RNA 元素组成 C、H、O、N、P 基本单位 脱氧核苷酸 核糖核苷酸 成分 碱基 A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）、 T（胸腺嘧啶）、C（胞嘧啶） A（腺嘌呤）、U（尿嘧啶）、 G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶） 五碳糖 脱氧核糖 核糖 磷酸 磷酸 磷酸 结构 规则的双螺旋结构 一般为单链结构 主要分布 真核细胞：细胞核 原核细胞：拟核 细胞质 设计意图 分析核酸的发现史资料，可以让学生层层递进地了解核酸的组成、结构、种类，同时认识到科学是一个不断发展的过程，体验到科学的魅力。观察脱氧核苷酸和核糖核苷酸的结构可以培养学生归纳概括、分析比较的科学思维。 思路二 教师 由前面的视频（《你可以主动让他们核对DNA》）可以知道，DNA是具有特异性的，不同个体具有的DNA是不相同的。那么DNA与核酸有什么关系呢？请同学们简单介绍一下DNA的全名和它在细胞中的分布情况。 学生 DNA是一种核酸，它的全名叫脱氧核糖核酸，在真核细胞中主要分布在细胞核中。 教师 在原核细胞中，DNA主要分布在哪里呢？ 学生 在原核细胞中，DNA主要分布在拟核。 根据教材知识，我们知道核酸除了DNA还有RNA，RNA的全名叫什么？从名字看，这两类核酸分类的依据是什么？ 学生 RNA的全名叫核糖核酸。这两类核酸分类的依据是五碳糖的不同。 教师 RNA主要分布在细胞的哪里？ 学生 细胞质中。 教师 核酸和蛋白质都是生物大分子，都是由小分子物质构成的，它们都是由基本单位组成的，那么蛋白质和核酸的基本单位分别是什么呢？ 学生 蛋白质和核酸的基本单位分别是氨基酸和核苷酸。 教师 请回忆一下氨基酸的结构特点。 学生 至少有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上，这个碳原子上还连有一个氢和一个R基。 根据教材知识，核苷酸是由什么组成的呢？ 学生 一个核苷酸是由一分子含氮的碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸组成的。 教师 如图表示一个核苷酸分子，根据教材知识，小组合作解决下列问题。 1．核苷酸由哪些元素组成？ 2．组成核苷酸的五碳糖有几种？这使核苷酸分为哪两大类？ 3．DNA和RNA共有的含氮碱基是哪几种？ 4．DNA和RNA特有的含氮碱基分别是什么？ 5．细胞中既有DNA又有RNA，因此细胞含有几种碱基？细胞中的核苷酸共有哪几种？ 学生 小组合作解决问题。 1.C、H、O、N、P。 2.2种。根据五碳糖的不同，可以将核苷酸分为脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸。 3．DNA和RNA共有的含氮碱基是A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）和C（胞嘧啶）。 4．DNA特有的含氮碱基是T（胸腺嘧啶），RNA特有的含氮碱基是U（尿嘧啶）。 5．细胞含有5种碱基（A、T、C、G、U）。细胞中的核苷酸共有8种：4种核糖核苷酸和4种脱氧核糖核苷酸。 教师 根据以上分析，我们发现DNA和RNA在组成上具有相同点，即都有磷酸、五碳糖和含氮碱基。同时也具有不同点，不同点主要体现在五碳糖的种类不同和含氮碱基不完全相同。 教师 核酸，无论是DNA还是RNA，都是由核苷酸脱水缩合连接成的长链。大分子物质都需要具有一定的空间结构才能完成其生理功能，DNA一般由两条脱氧核苷酸链组成规则的双螺旋结构，而RNA是核糖核苷酸连接而成的长链，通常是单链。 教师综合以上所学内容，通过列表简单比较一下DNA和RNA。示例： 比较项目 DNA RNA 化学 组成 五碳糖 脱氧核糖 核糖 碱基 A、T、C、G A、U、C、G 基本单位 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸 主要分布 细胞核（或拟核） 细胞质 空间结构 双螺旋结构 一般为单链 环节二：建构核苷酸和核苷酸链的结构模型，理解核酸是携带遗传信息的物质 教师 提供材料（如2种五边形、圆形和5种长方形的卡纸若干），组织学生以小组为单位组装核苷酸的模型，并对组装结果进行比较。 学生 小组合作组装核苷酸模型并展示、比较。 教师 评价并总结：核苷酸一共有8种。 让学生参照教材中的核苷酸链结构，运用模型建构由10个核苷酸组成的核苷酸链的结构。 学生 小组合作建构核苷酸链结构模型。 偶有所得 组织学生介绍各小组建构的核苷酸链，内容包括：建构的是DNA链还是RNA 链；核苷酸序列是怎样的。 学生 介绍各小组建构的核苷酸链。 请观察图片和各自建构的模型，想一想，细胞中的DNA与建构的脱氧核苷酸链之间有什么差别？ 学生 DNA是由两条脱氧核苷酸链组成的。 各小组建构的核苷酸链的碱基排列顺序相同吗？ 组成DNA的碱基有4种，想一想，含有10个脱氧核苷酸的脱氧核苷酸链有多少种排列顺序？ 教师 请分析一下，DNA分子为什么具有多样性？ 学生 组成DNA分子的脱氧核苷酸数成千上万，脱氧核苷酸的排列顺序千变万化，造成了DNA分子的多样性。 教师 那么为什么可以用核酸来鉴定病毒的身份？ 因为各种病毒的核苷酸序列具有特异性。 脱氧核苷酸的排列顺序储存着生物的遗传信息，DNA分子是储存、传递遗传信息的大分子物质，那么RNA是什么生物的遗传物质呢？ 如图为新冠病毒的结构示意图，据图分析，新冠病毒的遗传物质是什么？ 学生 新冠病毒不含DNA，因此其遗传物质是RNA。 教师 请总结一下核酸的功能。 学生 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。 由此，你能不能推断出蛋白质具有多样性的根本原因是什么？ 学生 蛋白质具有多样性的根本原因是DNA分子具有多样性。 环节三：生物大分子以碳链为骨架 思路一 教师 组织学生阅读教材内容，回答以下问题。 1．组成细胞的化合物有哪些种类？其中哪些物质属于生物大分子？ 2．什么叫单体？什么叫多聚体？ 3．生物大分子是以什么为基本骨架的？ 4．为什么科学家说“碳是生命的核心元素”？ 学生 阅读教材，思考并回答问题。 1．组成细胞的化合物有水、无机盐、蛋白质、糖类、脂质和核酸等，其中蛋白质、多糖和核酸属于生物大分子。 2．生物大分子的基本组成单位称为单体，生物大分子是由许多单体连接而成的多聚体。 3．生物大分子是以碳链为基本骨架的。 4．因为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，所以生物大分子也是以碳链为基本骨架的，所以科学家说“碳是生命的核心元素”。 生物体中某些有机物及元素组成如图。其中x、y代表化学元素，a、b、c、d代表不同的有机小分子，A、B、C、D、E代表不同的生物大分子。请据图分析回答问题： （1）若A为动物特有的储能物质，则A表示的物质是 。 （2）多个b可通过＿形成B，则x为＿；连接两个b的化学键是 。 （3）在人体细胞内，c有＿种，遗传物质是 （填图中字母）。 （4）若d为胆固醇，则其在人体内的作用是 ，还参与血液中脂质的运输。 （5）以 为骨架的多糖、蛋白质、核酸等生物大分子，构成细胞生命大厦的基本框架；糖类和脂质提供了生命活动的重要 ；水和无机盐与其他物质一起，共同承担着构建细胞、参与细胞 等重要功能。细胞中的这些化合物，含量和比例处在不断变化之中，但又保持 ，以保证细胞生命活动的正常进行。 学生 思考并回答。 （1）糖原 （2）脱水缩合 N 肽键 （3）8 D （4）构成细胞膜的重要成分（5）碳链能源 生命活动 相对稳定 教师 综上所述，组成细胞的分子各自具有各自的功能，它们的含量和比例的相对稳定是细胞进行生命活动的基础。 思路二 请回顾糖类、蛋白质、核酸的知识。如图中A、B、C分别为一种淀粉（部分）、一种蛋白质（部分）和一条核苷酸链（部分）的结构示意图。 A.一种淀粉（部分） B.一种蛋白质（部分） C. 一条核苷酸链（部分） 教师图中三类化合物，与葡萄糖、氨基酸相比，有什么特征？ 学生这些分子属于大分子化合物。 教师这些生物大分子的基本组成单位分别是什么？ 学生 单糖、氨基酸、核苷酸。 组成多糖、蛋白质和核酸的基本单位也称为单体。每个单体都是以什么为基本骨架的？ 学生 单体都是以碳原子构成的碳链为基本骨架的。 分析碳原子和单体的结构，我们发现单体是以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架的，根据化学知识，我们知道碳原子可以形成稳定的碳链。 教学研讨 本节课运用核酸检测事例导入，贴合实际生活，学生易产生极大的兴趣，由此切入核酸的概念及种类。在讲解核苷酸的结构和归纳总结两种核酸的异同点时，运用表格将散乱的知识点凝聚起来，更有利于学生记忆。学生通过小组合作的方式连接核苷酸和核苷酸链，在实践中理解核酸的特点及作用。本节课内容容量略大，节奏较快，学生归纳总结时间略紧，对学生课前预习要求较高，要求教师在课前做好充分的准备。 学科网（北京）股份有限公司 $$