高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第5节 核酸是遗传信息的携带者教案

第5节 核酸是遗传信息的携带者

 一、学习目标

1.通过阅读科学史资料以及小组合作构建DNA模型的过程，能阐述核酸是由核苷酸聚合而成，能解释核酸是储存遗传信息的物质。

2.通过对DNA和RNA化学组成上的比较，能够说出两者的区别和联系。

3.通过回顾糖类、蛋白质和核酸的物质组成，能概括出生物大分子以碳链为骨架的结构特点。

二、教学重难点

1.教学重点：

（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。

2.教学难点：

（1）核酸与其功能相适应的结构。

（2）生物大分子以碳链为骨架。

三、教学方法

自主学习、合作探究。

四、教学过程

【新课导入】

2019年底新冠疫情给人们的生活和学习带来了灾难，甚至有些人因此丧失了生命。核酸检测技术在防疫过程中发挥了重大作用，有的同学可能已经做过鼻拭子或咽拭子的检测，请问同学们为什么核酸检测技术能鉴定人们是否是新冠病毒的感染者？

【新课讲授】

一、核酸的种类和分布

【活动1】 阅读核酸的科学发现史的过程，并结合教材P34-35，回答问题。

资料1.1868年米舍尔提取脓血细胞核进行化学分析，发现一种物质的磷含量很高，远高于蛋白质，并将这种新物质命名为“核素”。

资料2.德国的科赛尔发现核酸是蛋白质和核酸的复合物，并得到核酸的基本成分：鸟嘌呤、腺嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶，还有些具有糖类性质的物质和磷酸。之后斯托伊德尔发现单糖、每种嘌呤或嘧啶碱基、磷酸的比例为1：1：1。

资料3.1911年，列文发现五碳糖的不同，一种糖类比另一种糖少了一个氧原子，分别称为脱氧核糖和核糖。两种核酸也改名为核糖核酸和脱氧核糖核酸。

资料4.1934年列文发现核酸可被分解成核苷酸。他认为核酸是由五碳糖与磷酸基团组成的长链，每一个五碳糖上再接一个碱基。   

 学生在阅读核酸的学科发展史及课本相关内容后回答下列问题：

1.核酸的基本组成单位是？由哪几部分组成？绘出一个核苷酸的结构简式

核苷酸； 磷酸、五碳糖、含N碱基 ；

2.核酸的种类？分类的依据是什么？其基本组成单位分别是什么？每一种组成单位又由哪几部分组成？

DNA和RNA；五碳糖的种类（脱氧核糖和核糖）；脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸；脱氧核糖核苷酸由磷酸、脱氧核糖和含N碱基组成，核糖核苷酸由磷酸、核糖和含N碱基组成。

【活动2】 观察图片，总结DNA和RNA在细胞中的分布

学生通过观察后总结如下：

DNA：主要分布在细胞核中，线粒体和叶绿体内也有少量的DNA。

RNA：主要分布在细胞质中。

二、DNA是由脱氧核苷酸连接而成的长链

核酸用核酸酶水解之后得到核苷酸，继续水解得到五碳糖、磷酸和含N碱基。因此核酸同蛋白质一样，也是生物大分子，是由基本组成单位核苷酸构成的。一个核苷酸是由一分子含N的碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸组成的。其中含N碱基与五碳糖的1号碳原子相连，磷酸与五碳糖的5号碳原子相连。组成DNA的含N碱基有A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶），因此组成DNA的脱氧核苷酸有四种，分别是腺嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸。请据此构建脱氧核苷酸模型。

【活动3】脱氧核苷酸模型构建

小组内每位同学利用老师提供的软磁铁模型（磷酸、脱氧核糖、核糖、化学键以及A、G、C、T四种碱基模型）构建其中的一种脱氧核苷酸模型。

教师巡视指导，小组同学构建脱氧核苷酸模型，并到讲台讲解构建过程。

每个核酸分子是由几十个乃至上亿个核苷酸连接而成的长链，那么脱氧核苷酸如何连接成DNA长链呢？同学们请看大屏幕“核苷酸连接而成的长链图”中，两个脱氧核苷酸之间的连接方式是一个脱氧核苷酸的磷酸与相邻脱氧核苷酸的3号碳原子相连，请据此来构建脱氧核苷酸长链模型。

【活动4】脱氧核苷酸链模型构建

组内分工合作，将构建的4个脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链。

在教师的指导下，小组同学构建模型并讲解模型构建的依据。

一般情况下，在生物体的细胞中，DNA由两条脱氧核苷酸链构成。请看屏幕图片，这两条脱氧核苷酸链之间的碱基互补配对（A与T配对，G与C配对）之后形成双螺旋结构的DNA。请同学们继续构建DNA分子双螺旋结构模型。

【活动5】DNA双螺旋结构模型的构建

两个小组合作，利用手中的脱氧核苷酸长链连接成双链的DNA，并形成螺旋结构。

在学生构建的过程中教师指导学生两条链之间的碱基互补配对以防配对错误。

每个个体的DNA脱氧核苷酸序列各不相同的原因是什么呢？请同学们读出你们构建的DNA中的碱基序列，比较一下有什么不同？

学生根据自己小组构建的DNA结构模型读出DNA的碱基序列并得出结论：组成DNA的脱氧核苷酸的数目和排列顺序不同。

脱氧核苷酸的排列顺序储存着生物的遗传信息，排列顺序多样就代表它的信息容量非常大。细胞生物以及DNA病毒的遗传信息就储存在DNA中。

三、DNA和RNA的区别

另有部分病毒如新冠病毒、HIV、以及SARS病毒等体内没有DNA，只有RNA，它们携带遗传信息的物质就是RNA。那么RNA与DNA在化学组成和结构上有什么异同呢？请观看视频DNA与RNA的区别。

学生观看后总结DNA与RNA的异同：

不同点：（1）DNA含脱氧核糖和T，RNA含核糖和U；（2）DNA为双链结构，RNA为单链结构。

相同点：都含有磷酸、A、G、C。

四、核酸的功能

根据DNA与RNA的比较可以知道RNA也可以储存大量的遗传信息。所以说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。

2019年底的新冠疫情，全国人民齐心协力、众志成城最终战胜疫情。如今德尔塔病毒出现，传播速度之快令人心惊胆战，相信我只要服从党的领导，听从医学专家的建议，积极做好防疫措施，相信很快战胜疫情。

五、生物大分子以碳链为骨架

在构成细胞的化合物中，除了DNA和RNA外，哪些物质也属于生物大分子?它们的基本组成单位是什么?各具有怎样的特点呢?

教师展示糖类、蛋白质和核酸基本组成单位（单体）的结构式图片，学生观察判断它们分别是那种生物大分子的基本组成单位，并理解“碳是生命的核心元素”“没有碳就没有生命”的原因是每个单体都是以若干个相连的碳原子构成的碳链为骨架。

细胞生命活动之所以能正常进行正是因为有了以碳链为骨架的大分子（多糖、蛋白质、核酸等）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能源；水和无机盐等物质共同承担着构建细胞、参与细胞生命活动等重要功能。这些化合物的含量和比例处在不断变化直接，但又维持着相对稳定，共同维持着细胞的生命活动。

【课堂练习】

1．如图所示，b是由1分子磷酸、1分子碱基和1分子a构成的化合物，正确的是（    ）

A．若m为腺嘌呤，则b肯定为腺嘌呤脱氧核苷酸

B．在禽流感病原体、幽门螺杆菌体内b均为4种

C．若m为腺嘌呤，则b肯定为腺嘌呤核糖核苷酸

D．若a为脱氧核糖，则由b构成的核酸完全水解，得到的化合物最多有6种

【答案】D

【解析】若m为腺嘌呤，则b为腺嘌呤脱氧核苷酸或腺嘌呤核糖核苷酸，AC错误；禽流感病原体为病毒，只含一种核酸，所以其内b有4种，幽门螺杆菌为原核生物，既含DNA又含RNA，细胞中的b有8种，B错误；若a为脱氧核糖，则b为脱氧核苷酸，由脱氧核苷酸可构成DNA，DNA完全水解得到A、T、C、G四种碱基，磷酸和脱氧核糖，共6种产物，D正确。

2．2020年10月，为防止疫情出现聚集性爆发，青岛市在5天时间内完成了千万人级别的全员核酸检测，其效率和速度让众多外媒为之折服，也传递出中国抗击疫情的力量和决心。通过检测痰液、咽拭子中病毒的核酸即可判断人体是否感染新型冠状病毒，原因是新型冠状病毒的核酸（　　）

A．是以碳链为基本骨架的生物大分子

B．具有特异的核苷酸序列

C．可以控制生物的遗传和蛋白质的合成

D．是由核糖核苷酸连成的单链

【答案】B

【解析】新型冠状病毒的核酸携带有病毒的遗传信息，即具有特异的核苷酸序列，故检测痰液、咽拭子中病毒的核酸即可判断人体是否感染新型冠状病毒，ACD错误，B正确。

3．下列关于生物大分子的叙述，错误的是（    ）

A．蛋白质是以氨基酸为基本单位的生物大分子

B．核酸是细胞内携带遗传信息的生物大分子

C．多糖、蛋白质、核酸等是以碳骨架为基本骨架的生物大分子

D．淀粉、糖原、纤维素和蔗糖都是生物大分子

【答案】D

【解析】蛋白质由氨基酸脱水缩合形成，是以氨基酸为基本单位构成的生物大分子，A正确；核酸是携带遗传信息的生物大分子，是一切生物的遗传物质，其能储存遗传信息和控制蛋白质合成，B正确；多糖、蛋白质和核酸都是以碳链为骨架的生物大分子，C正确；蔗糖是二糖，不属于生物大分子，D错误。

【课堂小结】

本节课通过学习核酸的结构从而进一步阐述核酸是遗传信息携带者的原因以及生物大分子的相关知识。核酸的种类包括DNA和RNA，是遗传信息的携带者，其基本组成单位是核苷酸。虽然组成DNA的核苷酸只有4种，但在连成长链时，排列顺序及其多样，可以储存大量的遗传信息。生物大分子是以碳链为骨架，多糖、蛋白质和核酸相对分子质量很大，称为生物大分子，其单体分别是单糖、氨基酸和核苷酸。

五、板书设计

第5节  核酸是遗传信息的携带者

一、核酸的种类和分布

DNA：主要在细胞核中

RNA：主要在细胞质中

二、核酸的结构

磷酸、五碳糖、含N碱基

                 脱氧核苷酸

核苷酸

                 核糖核苷酸

核酸     DNA

              RNA

三、DNA与RNA的区别

四、核酸的功能

对生物的遗传、变异和蛋白质的生物合成有着极其重要的作用。

五、生物大分子以碳链为基本骨架

如：多糖、蛋白质、核酸