第一篇：分子教案第三章DNA的生物合成

第三章

DNA的生物合成

教學(xué)重點(diǎn)：1．DNA的半保留復(fù)制及DNA的半不連續(xù)復(fù)制2．DNA復(fù)制的方式3．DNA復(fù)制的調(diào)控

教學(xué)難點(diǎn)：線形DNA復(fù)制末端問(wèn)題的解決 教學(xué)時(shí)數(shù)：7學(xué)時(shí)

教學(xué)要求：1．掌握并理解DNA復(fù)制的特點(diǎn)

2．掌握并理解DNA復(fù)制的過(guò)程 3．掌握并理解DNA復(fù)制的主要方式

4．掌握并理解線性DNA復(fù)制末端縮短問(wèn)題的解決方式 5．了解DNA復(fù)制的調(diào)控方式

教學(xué)方式：講述、演示與計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 教學(xué)內(nèi)容：

1.DNA復(fù)制的特點(diǎn)

證明DNA是遺傳物質(zhì)的兩個(gè)關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)：首先用實(shí)驗(yàn)證明基因就是DNA分子的是美國(guó)的微生物學(xué)家Avery.他的實(shí)驗(yàn)是用肺炎球菌感染小鼠。美國(guó)遺傳學(xué)家Hershey用T2噬菌體感染大腸桿菌實(shí)驗(yàn)，也證明DNA是遺傳物質(zhì)。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中主要的論點(diǎn)證據(jù)是：生物體吸收的外源DNA改變了其遺傳潛能。

目前認(rèn)為生物界遺傳信息傳遞的中心法則為

Replication of duplex DNA is a complex endeavor involving a conglomerate of enzyme activities.Different activities are involved in the stages of initiation, elongation, and termination.圖1 雙螺旋DNA的復(fù)制

1.1 DNA的半保留復(fù)制(semiconservative replication)Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時(shí)即推測(cè)，DNA在復(fù)制時(shí)首先兩條鏈之間的氫鍵斷裂兩條鏈分開，然后以每一條鏈分別做模板各自合成一條新的DNA鏈，這樣新合成的子代DNA分子中一條鏈來(lái)自親代DNA，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，這種復(fù)制方式為半保留復(fù)制。

1958年Meselson和Stahl利用氮標(biāo)記技術(shù)在大腸桿菌中首次證實(shí)了DNA的半保留復(fù)制，他們將大腸桿菌放在含有15N標(biāo)記的NH4Cl培養(yǎng)基中繁殖了15代，使所有的大腸桿菌DNA被15N所標(biāo)記，可以得到15N桪NA。然后將細(xì)菌轉(zhuǎn)移到含有14N標(biāo)記的NH4Cl培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，在培養(yǎng)不同代數(shù)時(shí)，收集細(xì)菌，裂解細(xì)胞，用氯化銫(CsCl)密度梯度離心法觀察DNA所處的位置。由于15N DNA的密度比普通DNA(14N－DNA)的密度大，在氯化銫密度梯度離心(density gradient centrifugation)時(shí)，兩種密度不同的DNA分布在不同的區(qū)帶。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在全部由15N標(biāo)記的培養(yǎng)基中得到的15N桪NA顯示為一條重密度帶位于離心管的管底。當(dāng)轉(zhuǎn)入14N標(biāo)記的培養(yǎng)基中繁殖后第一代，得到了一條中密度帶，這是15N桪NA和14N-DNA的雜交分子。第二代有中密度帶及低密度帶兩個(gè)區(qū)帶，這表明它們分別為15N14N－DNA和14N14N-DNA。隨著以后在14N培養(yǎng)基中培養(yǎng)代數(shù)的增加，低密度帶增強(qiáng)，而中密度帶逐漸減弱，離心結(jié)束后，從管底到管口，CsCl溶液密度分布從高到低形成密度梯度，不同重量的DNA分子就停留在與其相當(dāng)?shù)腃sCl密度處，在紫外光下可以看到DNA分子形成的區(qū)帶。為了證實(shí)第一代雜交分子確實(shí)是一半15N-DNA－半14N－DNA，將這種雜交分子經(jīng)加熱變性，對(duì)于變性前后的DNA分別進(jìn)行CsCl密度梯度離心，結(jié)果變性前的雜交分子為一條中密度帶，變性后則分為兩條區(qū)帶，即重密度帶(15N－DNA)及低密度帶(14N－DNA)。它們的實(shí)驗(yàn)只有用半保留復(fù)制的理論才能得到圓滿的解釋(圖2和16-3)。

圖2 DNA的半保留復(fù)制第一代分子含有一條親代的鏈(用黑色素示)，與另一條新合成的鏈(用白色表示)配對(duì)。在以后的連續(xù)復(fù)制過(guò)程中，原來(lái)親代的兩條鏈仍然保持完整，因此總有兩個(gè)分子各具有一條原來(lái)親代的鏈

圖3 DNA的半保留復(fù)制－Meslson Stahl實(shí)驗(yàn)密度梯度離心后的DNA 位置：左三管為對(duì)照；右三管為實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.2 半不連續(xù)性復(fù)制（DNA synthesis is semidiscontinuous）

Lagging strand of DNA must grow overall in the 3′-5′ direction and is synthesized discontinuously in the form of short fragments(5′-3′)that are later connected covalently.Leading strand of DNA is synthesized continuously in the 5′-3′ direction.Okazaki fragments are the short stretches of 1000-2000 bases produced during discontinuous replication;they are later joined into a covalently intact strand.Semidiscontinuous replication is mode in which one new strand is synthesized continuously while the other is synthesized discontinuously.On the leading strand DNA synthesis can proceed continuously in the 5′ to 3′ direction as the parental duplex is unwound.? On the lagging strand a stretch of single-stranded parental DNA must be exposed, and then a segment is synthesized in the reverse direction(relative to fork movement).A series of these fragments are synthesized, each 5′3′;then they are joined together to create an intact lagging strand.?

2．參與DNA復(fù)制的有關(guān)物質(zhì)

2.1 DNA polymerases in prokaryotic

DNA polymerases are enzymes that synthesize a daughter strand(s)of DNA(under direction from a DNA template).May be involved in repair or replication.DNA聚合酶Ⅰ，(DNA polymerase Ⅰ,簡(jiǎn)寫DNA polⅠ)、DNA聚合酶Ⅱ和DNA聚合酶Ⅲ。(DNA polymerase Ⅱ，Ⅲ，簡(jiǎn)寫DNA polⅡ,DNA polⅢ)見(jiàn)表1。

這種酶的共同性質(zhì)是：①需要DNA模板，因此這類酶又稱為依賴DNA的DNA聚合酶(DNA dependent DNA polymerase, DDDP)。②需要RNA或DNA做為引物(primer)，即DNA聚合酶不能從頭催化DNA的起始。③催化dNTP加到引物的3′桹H末端，因而DNA合成的方向是5′→3′。④三種DNA聚合酶都屬于多功能酶，它們?cè)贒NA復(fù)制和修復(fù)過(guò)程的不同階段發(fā)揮作用。由于DNA聚合酶Ⅰ是研究得最清楚而且代表了其他DNA聚合酶的基本特點(diǎn)，所以我們著重介紹DNA polⅠ的作用并指出另外二種DNA pol的特殊性：

DNA polymerases typically have nuclease activities as well as the ability to synthesize DNA.A 3′5′ exonuclease activity is typically used to excise bases that have been added to DNA incorrectly.This provides a “proofreading” error-control system, as we see in the next section.2.1.1 DNA聚合酶Ⅰ（DNA polymerase I）

The first enzyme to be characterized was DNA polymerase I, which is a single polypeptide of 103 kD.The chain can be cleaved into two regions by proteolytic treatment.The larger cleavage product(68 kD)is called the Klenow fragment.It is used in synthetic reactions in vitro.It contains the polymerase and the 3′5′ exonuclease activities.The C-terminal two-thirds of the protein contains the polymerase active site, while the N-terminal third contains the proofreading exonuclease.The active sites are ~30 ? apart in the protein, indicating that there is spatial separation between adding a base and removing one.The small fragment(35 kD)possesses a 5′3′ exonucleolytic activity, which excises small groups of nucleotides, up to ~10 bases at a time.This activity is coordinated with the synthetic/proofreading activity.It provides DNA polymerase I with a unique ability to start replication in vitro at a nick in DNA.(No other DNA polymerase has this ability.)At a point where a phosphodiester bond has been broken in a double-stranded DNA, the enzyme extends the 3′OH end.As the new segment of DNA is synthesized, it displaces the existing homologous strand in the duplex.(1)DNA聚合酶的5′→3′聚合活性：

(2)DNA聚合酶的3′→5′外切核酸酶活性：

(3)DNA聚合酶的5′→3′外切核酸酶活性：

許多實(shí)驗(yàn)證實(shí)DNA polⅠ并不是DNA復(fù)制過(guò)程中的主要酶，它的作用主要與DNA損傷后的修復(fù)有關(guān)。

2.1.2 DNA聚合酶Ⅱ(DNA polymeraseⅡ)此酶分子量為120KD，每個(gè)細(xì)胞約有100個(gè)酶分子，但活性只有DNA polⅠ的5%，它具有5′→3′聚合活性和3′→5′外切活性，而沒(méi)有5′→3′外切活性，它的作用可能與DNA損傷修復(fù)有關(guān)。

2.1.3 DNA聚合酶Ⅲ(DNA polymeraseⅢ)這是在DNA復(fù)制過(guò)程中起主要作用的聚合酶，它是由一個(gè)多亞基組成的蛋白質(zhì)分子，其分子量＞600kDa整個(gè)酶分子形成一個(gè)不對(duì)稱的二聚體，每個(gè)大腸桿菌細(xì)胞中只有10?0個(gè)酶分子，但催化dNTP參入DNA鏈的速率卻是最快的，約為9000核苷酸/每分鐘/每個(gè)酶分子。這也證明DNA polⅢ是DNA復(fù)制過(guò)程中主要發(fā)揮作用的酶。在大腸桿菌染色體DNA進(jìn)行復(fù)制時(shí)，DNA聚合酶Ⅲ全酶并不是單獨(dú)起作用的，而是與引發(fā)體，介鏈酶等構(gòu)成一個(gè)復(fù)制體(replisome)。由于復(fù)制體的存在，先導(dǎo)鏈和隨從鏈可以同時(shí)復(fù)制。DNA polⅢ是由多亞基組成的不對(duì)稱二聚體，它可能同時(shí)負(fù)責(zé)先導(dǎo)鏈和隨從鏈的復(fù)制，在φ×174的復(fù)制中觀察到引發(fā)體總是伴隨著DNA loop的存在。

DNA polymerase III(the replicase)is a large enzyme complex.The replicase activity was originally discovered by a lethal mutation in the dnaE locus, which codes for the 130 kD α subunit that possesses the DNA synthetic activity.The 3′5′ exonucleolytic proofreading activity is found in another subunit, ε, coded by dnaQ.The basic role of the ε subunit in controlling the fidelity of replication in vivo is demonstrated by the effect of mutations in dnaQ: the frequency with which mutations occur in the bacterial strain is increased by >103fold.表1 大腸桿菌DNA聚合酶特征

DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合Ⅰ Ⅱ 酶Ⅲ 109KD 400 +

120KD 17-100 + 30低 不詳

＞600KD 10-20 + 30,000高 復(fù)制

分子量

每個(gè)細(xì)胞中的分子數(shù) 5′→3′聚合活性

37℃轉(zhuǎn)化率核苷酸數(shù)／酶

600 分子·分鐘 5′→3′外切活性 3′→5′外切活性 切刻平移活性 對(duì)dNTP親和力

+ + + 低 修復(fù)

功能

去除引物 填補(bǔ)空缺

2.2真核生物DNA聚合酶(DNA polymerases in prokaryotic)真核生物DNA聚合酶有α、β、γ、δ及ε。它們的基本特性相似于大腸桿菌DNA聚合酶，其主要活性是催化dNTP的5′→3′聚合活性，基本特征見(jiàn)表2。

表2 真核生物DNA聚合酶

亞基數(shù) 4

α 36-38 核 ＋ －

β 160-300 線粒體 ＋ － 復(fù)制

γ 170 核 ＋ － 復(fù)制

δ 256 核 ＋ － 復(fù)制

ε

分子量（KD)＞250 細(xì)胞內(nèi)定位 核

5′→3′聚合活性 ＋ 3′→5′外切活性 － 功能 復(fù)制、引發(fā) 修復(fù)

真核細(xì)胞在DNA復(fù)制中起主要作用的是DNA polα，主要負(fù)責(zé)染色體DNA的復(fù)制。DNA polβ的模板特異性是具有缺口的DNA分子，被認(rèn)為它與DNA修復(fù)有關(guān)。DNA polγ在線粒體DNA的復(fù)制中起作用。DNA polδ不但有5′→3′聚合活性，而且還具有3′→5′外切酶活性，據(jù)認(rèn)為真核生物DNA復(fù)制是在DNA polα和DNA polδ協(xié)同作用下進(jìn)行的，前導(dǎo)鏈的合成靠DNA polδ催化。而隨從鏈的合成靠DNA polα和引發(fā)酶配合作用完成。2.3 DNA復(fù)制起始引發(fā)體的形成及所參與的酶和蛋白質(zhì)： 2.3.1.解鏈酶(helicase)DNA開始復(fù)制時(shí)首先在起始點(diǎn)處解開雙鏈，反應(yīng)是在一種解鏈酶(helicase)的催化下進(jìn)行的。解鏈酶需要ATP分解供給能量。大腸桿菌中DnaB蛋白就有介鏈酶活性，與隨從鏈的模板DNA結(jié)合，沿5′→3′方向移動(dòng)，還有一種叫做Rep蛋白和前導(dǎo)鏈的模板DNA結(jié)合沿3′→5′方向移動(dòng)。解鏈酶的作用就是打開DNA雙鏈之間的氫鍵。2.3.2 單鏈結(jié)合蛋白：(single strand binding proteins, SSBP)它與解開的單鏈DNA結(jié)合，使其穩(wěn)定不會(huì)再度螺旋化并且避免核酸內(nèi)切酶對(duì)單鏈DNA的水解，保證了單鏈DNA做為模板時(shí)的伸展?fàn)顟B(tài)，SSBP可以重復(fù)利用。2.3.3引發(fā)體的形成：

Primer is a short sequence(often of RNA)that is paired with one strand of DNA and provides a free 3′-OH end at which a DNA polymerase starts synthesis of a deoxyribonucleotide chain.(1)引物酶(primase)A primase is required to catalyze the actual priming reaction.This is provided by a special RNA polymerase activity that is the product of the dnaG gene.The enzyme is a single polypeptide of 60 kD(much smaller than RNA polymerase).The primase is an RNA polymerase that is used only under specific circumstances, that is, to synthesize short stretches of RNA that are used as primers for DNA synthesis.DnaG primase associates transiently with the replication complex, and typically synthesizes an 1112 base primer.Primers start with the sequence pppAG, opposite the sequence 3′GTC5′ in the template.(2)引發(fā)體(primosome)高度解鏈的模板DNA與多種蛋白質(zhì)因子形成的引發(fā)前體促進(jìn)引物酶結(jié)合上來(lái)，共同形成引發(fā)體，引發(fā)體主要在DNA隨從鏈上開始，它連續(xù)地與引物酶結(jié)合并解離，從而在不同部位引導(dǎo)引物酶催化合成RNA引物，在引物RNA的3′桹H末端接下去合成DNA片段，這就是隨從鏈不連續(xù)合成的開始。2.4 與超螺旋松馳有關(guān)的酶：

拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase)是一類改變DNA拓?fù)湫再|(zhì)的酶。在體外可催化DNA的各種拓?fù)洚悩?gòu)化反應(yīng)，而在生物體內(nèi)它們可能參與了DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄。在DNA復(fù)制時(shí)，復(fù)制叉行進(jìn)的前方DNA分子部分產(chǎn)生有正超螺旋，拓?fù)涿缚伤神Y超螺旋，有利于復(fù)制叉的前進(jìn)及DNA的合成。DNA復(fù)制完成后，拓?fù)涿赣挚蓪NA分子引入超螺旋，使DNA纏繞、折疊，壓縮以形成染色質(zhì)。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶有Ⅰ型和Ⅱ型，它們廣泛存在于原核生物及真核生物中。

表3 大腸桿菌和真核生物中的拓?fù)洚悩?gòu)酶

類型

Ⅰ型拓?fù)洚悩?gòu)酶 大腸桿菌 真核生物 Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶

切開二股DNA鏈

大腸桿菌

依賴ATP

真核生物

切開二股DNA鏈 依賴ATP

松弛正超螺旋； 引入負(fù)超螺旋，解環(huán)連等 松馳正超螺旋，但不能引入負(fù)超螺旋

切開一股DNA鏈 切開一股DNA鏈

松馳負(fù)超螺旋 松馳正，負(fù)超螺旋

作用

對(duì)超螺旋的作用

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ(TopoⅠ)的主要作用是將環(huán)狀雙鏈DNA的一條鏈切開一個(gè)口，切口處鏈的末端繞螺旋軸按照松馳超螺旋的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，然后再將切口封起來(lái)。這就使DNA復(fù)制叉移動(dòng)時(shí)所引起的前方DNA正超螺旋得到緩解，利于DNA復(fù)制叉繼續(xù)向前打開。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ除上述作用外，對(duì)環(huán)狀單鏈DNA還有打結(jié)或解結(jié)作用，對(duì)環(huán)狀雙鏈DNA的環(huán)連或解環(huán)連以及使環(huán)狀單鏈DNA形成環(huán)狀雙鏈DNA都有作用(圖13)。

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ(TopoⅡ)是在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的，曾被稱為旋轉(zhuǎn)酶(gyrase)，它們作用特點(diǎn)是切開環(huán)狀雙鏈DNA的兩條鏈，分子中的部分經(jīng)切口穿過(guò)而旋轉(zhuǎn)，然后封閉切口，TopoⅡ還可使DNA分子從超螺旋狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗神Y狀態(tài)，此反應(yīng)不需要ATP參與。DNA復(fù)制完成后，TopoⅡ在ATP參與下，DNA分子從松馳狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)超螺旋。此外，TopoⅡ催化的拓?fù)洚悩?gòu)化反應(yīng)還有環(huán)連或解環(huán)連，以及打結(jié)或解結(jié)。DNA復(fù)制的過(guò)程：

?

?

? Initiation involves recognition of an origin by a complex of proteins.Before DNA synthesis begins, the parental strands must be separated and(transiently)stabilized in the single-stranded state.Then synthesis of daughter strands can be initiated at the replication fork.Elongation is undertaken by another complex of proteins.The replisome exists only as a protein complex associated with the particular structure that DNA takes at the replication fork.It does not exist as an independent unit(for example, analogous to the ribosome.As the replisome moves along DNA, the parental strands unwind and daughter strands are synthesized.At the end of the replicon, joining and/or termination reactions are necessary.Following termination, the duplicate chromosomes must be separated from one another, which requires manipulation of higher-order DNA structure.DNA復(fù)制的全部過(guò)程可以人為地分成三個(gè)階段，第一個(gè)階段為DNA復(fù)制的起始階段，這個(gè)階段包括起始點(diǎn)，復(fù)制方向以及引發(fā)體的形成，第二階段為DNA鏈的延長(zhǎng)，包括前導(dǎo)鏈及隨從鏈的形成和切除RNA引物后填補(bǔ)空缺及連接崗崎片段。第三階段為DNA復(fù)制的終止階段。

3.1 DNA復(fù)制的起始階段： 3.1.1 DNA復(fù)制的起始點(diǎn)

? ? ? The two strands of DNA must suffer their initial separation.This is in effect a melting reaction over a short region.An unwinding point begins to move along the DNA;this marks the generation of the replication fork, which continues to move during elongation.The first nucleotides of the new chain must be synthesized into the primer.This action is required once for the leading strand, but is repeated at the start of each Okazaki fragment on the lagging strand.很多實(shí)驗(yàn)都證明：復(fù)制是從DNA分子上的特定部位開始的，這一部位叫做復(fù)制起始點(diǎn)(originof replication)常用ori或o表示。細(xì)胞中的DNA復(fù)制一經(jīng)開始就會(huì)連續(xù)復(fù)制下去，直至完成細(xì)胞中全部基因組DNA的復(fù)制。DNA復(fù)制從起始點(diǎn)開始直到終點(diǎn)為止，每個(gè)這樣的DNA單位稱為復(fù)制子或復(fù)制單元(replicon)。在原核細(xì)胞中，每個(gè)DNA分子只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)，因而只有一個(gè)復(fù)制子，而在真核生物中，DNA的復(fù)制是從許多起始點(diǎn)同時(shí)開始的，所以每個(gè)DNA分子上有許多個(gè)復(fù)制子。

DNA復(fù)制起始點(diǎn)有結(jié)構(gòu)上的特殊性，例如：大腸桿菌染色體DNA復(fù)制起始點(diǎn)Oric由422個(gè)核苷酸組成，是一系列對(duì)稱排列的反向重復(fù)序列，即回文結(jié)構(gòu)(palindrome)，其中有9個(gè)核苷酸或13個(gè)核苷酸組成的保守序列，這些部位是大腸桿菌中DnaA蛋白識(shí)別的位置，大腸桿菌染色體DNA是環(huán)狀雙鏈DNA，它的復(fù)制是典型的“θ”型復(fù)制(由于形狀像希臘字母θ)。從一個(gè)起點(diǎn)開始，同時(shí)向兩個(gè)方向進(jìn)行復(fù)制，當(dāng)兩個(gè)復(fù)制方向相遇時(shí)，復(fù)制就停止。而有些生物的DNA復(fù)制起始區(qū)是一段富含A·T的區(qū)段。這些特殊的結(jié)構(gòu)對(duì)于在DNA復(fù)制起始過(guò)程中參與的酶和許多蛋白質(zhì)分子的識(shí)別和結(jié)合都是必須的。

3.2 DNA復(fù)制的延長(zhǎng)階段

DNA的復(fù)制實(shí)際上就是以DNA為模板在DNA聚合酶作用下，將游離的四種脫氧單核苷酸(dATP,dGTP,dCTP,dTTP,簡(jiǎn)寫為dNTP)聚合成DNA的過(guò)程。

這是一個(gè)非常復(fù)雜的酶促反應(yīng)，需要許多種酶和蛋白質(zhì)參與，現(xiàn)分別敘述它們?cè)贒NA復(fù)制中作用。

圖4 DNA聚合酶Ⅲ催化先導(dǎo)鏈和隨從的合成

圖5 大腸桿菌DNA復(fù)制叉中復(fù)制過(guò)程簡(jiǎn)圖

As the replisome moves along DNA, unwinding the parental strands, it elongates the leading strand.Periodically the primosome activity initiates an Okazaki fragment on the lagging strand.We can propose two types of model for what happens to the DNA replicase when it completes synthesis of an Okazaki fragment.It might dissociate from the template, so that a new complex must be assembled to elongate the next Okazaki fragment.Or the same complex may be reutilized.3.3 DNA復(fù)制的終止階段

DNA在復(fù)制過(guò)程中，合成出的前導(dǎo)鏈為一條連續(xù)的長(zhǎng)鏈。隨從鏈則是由合成出許多相鄰的片段，在連接酶的催化下，連接成為一條長(zhǎng)鏈。連接作用是在連接酶催化下進(jìn)行的。連接酶(ligase)的作用是催化相鄰的DNA片段以3′、5′－磷酸二酯鍵相連接。連接反應(yīng)中的能量來(lái)自ATP(或NAD＋)。連接酶先與ATP作用，以共價(jià)鍵相連生成E桝MP中間體。中間體即與一個(gè)DNA片段的5′－磷酸相連接形成E-AMP-5′－DNA。然后再與另一個(gè)DNA片段的3′-OHH末端作用，E和AMP脫下，兩個(gè)DNA片段以3′、5′磷酸二酯鍵相連接。隨從鏈的各個(gè)DNA片段就是這樣連接成一條DNA長(zhǎng)鏈(圖14)?！V

圖6 連接酶的催化反應(yīng)

已有研究證明大腸桿菌染色體DNA具有復(fù)制終止位點(diǎn)，此處可以結(jié)合一種特異的蛋白質(zhì)分子叫做Tus，這個(gè)蛋白質(zhì)可能是通過(guò)阻止解鏈酶(Helicase)的解鏈活性而終止復(fù)制的。詳細(xì)的機(jī)制還不完全清楚。

DNA復(fù)制完成后，靠拓?fù)涿笇NA分子引入超螺旋結(jié)構(gòu)。3.4五、真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)：

DNA復(fù)制的研究最初是在原核生物中進(jìn)行的，有些原核生物的DNA復(fù)制已經(jīng)搞得很清楚。真核生物比原核生物復(fù)雜得多，但DNA復(fù)制的基本過(guò)程還是相似的。在這里我們主要討論一些重要的區(qū)別。

圖7 端粒酶催化端區(qū)TG鏈的合成

1.與原核生物不同，真核生物DNA復(fù)制有許多起始點(diǎn)，例如酵母S.cerevisiae的17號(hào)染色體約有400個(gè)起始點(diǎn)，因此，雖然真核生物DNA復(fù)制的速度(60核苷酸/每秒鐘)比原核生物DNA復(fù)制的速度(E.coli 1700核苷酸/每秒鐘)慢得多，但復(fù)制完全部基因組DNA也只要幾分鐘的時(shí)間。

2.SV40病毒DNA主要依靠宿主細(xì)胞中的DNA復(fù)制體系進(jìn)行DNA的復(fù)制，這是了解真核生物DNA復(fù)制的體外模型。在真核生物DNA復(fù)制叉處，需要兩種不同的酶。DNA聚合酶α(polα)和DNA聚合酶δ(polδ)。polα和引物酶緊密結(jié)合，在DNA模板上先合成RNA引物，再由polα延長(zhǎng)DNA鏈，這種活性還要復(fù)制因子C參與。同時(shí)結(jié)合在引物模板上的PCNA(增殖細(xì)胞核抗原Proliferating cell nuclear antigen)此時(shí)釋放了polα，然后由polδ結(jié)合到生長(zhǎng)鏈3′末端，并與PCNA結(jié)合，繼續(xù)合成前導(dǎo)鏈。而隨從鏈的合成靠polα緊密與引物酶結(jié)合并在復(fù)制因子C幫助下，合成崗崎片段(圖15)。

圖8 真核生物DNA復(fù)制叉結(jié)構(gòu)示意圖

3.由于真核生物染色體是線性DNA，它的兩端叫做端區(qū)(telomeres)，端區(qū)是由重復(fù)的寡核苷酸序列構(gòu)成的。例如酵母的端區(qū)重復(fù)序列是5′G(1?)T(3)3′。前面講到所有生物DNA聚合酶都只能催化DNA從5′→3′的方向合成，因此當(dāng)復(fù)制叉到達(dá)線性染色體末端時(shí)，前導(dǎo)鏈可以連續(xù)合成到頭，而由于隨從鏈?zhǔn)且砸环N不連續(xù)的形式合成崗崎片段，所以不能完成線性染色體末端的復(fù)制，如果這個(gè)問(wèn)題不解決，真核生物在細(xì)胞分裂時(shí)DNA復(fù)制將產(chǎn)生5′末端隱縮，使DNA縮短，近十多年的研究表明，真核生物體內(nèi)都存在一種特殊的反轉(zhuǎn)錄酶叫做端粒酶(telomerase)，它是由蛋白質(zhì)和RNA兩部分組成的，它以自身的RNA為模板，在隨從鏈模板DNA的3′桹H末端延長(zhǎng)DNA，再以這種延長(zhǎng)的DNA為模板，繼續(xù)合成隨從鏈(圖16)。由此可見(jiàn)端粒酶在保證染色體復(fù)制的完整性上有重要意義。

4.DNA復(fù)制的方式

4.1

θ-復(fù)制replication by θ-structure

4.2

滾環(huán)復(fù)制replication by rolling cycles structure 13 φX174噬菌體由一個(gè)單鏈環(huán)狀DNA組成，這條鏈稱為正（+）鏈；合成的互補(bǔ)鏈稱為負(fù)

（一）鏈。雙鏈體的復(fù)制以滾環(huán)復(fù)制方式進(jìn)行。

4.3

D-環(huán)復(fù)制Replication by displacement loop structure D-環(huán)復(fù)制（Replication by displacement loop structure)The D loop maintains an opening in mammalian mitochondrial DNA, which has separate origins for the replication of each strand.14

5．DNA復(fù)制的調(diào)控

5.1 ColEI質(zhì)粒DNA的復(fù)制調(diào)控 Rop蛋白、反義RNA

5.2 真核細(xì)胞DNA的復(fù)制調(diào)控 細(xì)胞生活周期水平調(diào)控（限制點(diǎn)調(diào)控）：決定細(xì)胞停留在G1期還是進(jìn)入S期（by cylins,cdc(cell division cycle)gene products）.染色體水平調(diào)控：決定不同染色體或同一染色體不同部位的復(fù)制子按一定順序在S期起始復(fù)制。

復(fù)制子水平調(diào)控：決定復(fù)制的起始與否，并且是高度保守的。

第二篇：生物教案第六章第二節(jié) DNA復(fù)制和蛋白質(zhì)合成（精選）

第六章第二節(jié)DNA復(fù)制和蛋白質(zhì)合成（學(xué)習(xí)水平A）

一、教學(xué)目標(biāo)

1、知識(shí)與技能

1）知道DNA分子的半保留復(fù)制，即遺傳信息的傳遞過(guò)程。2）知道遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯，即蛋白質(zhì)合成過(guò)程。3）知道遺傳密碼和密碼子的概念。4）知道中心法則的基本內(nèi)容。

2、過(guò)程與方法

1）在了解DNA分子的結(jié)構(gòu)和堿基配對(duì)原則的基礎(chǔ)上，感受生物體遺傳信息傳遞的準(zhǔn)確性。

2）了解密碼子的功能，注意DNA核苷酸排列順序與蛋白質(zhì)氨基酸順序的關(guān)系。

3、情感態(tài)度價(jià)值觀

1）感受基因?qū)Φ鞍踪|(zhì)合成的控制功能。2）感受生命的精確和神奇。

二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

1、重點(diǎn)

1）DNA分子的半保留復(fù)制。2）遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。3）中心法則的基本內(nèi)容。

2、難點(diǎn)

1）DNA分子的半保留復(fù)制。2）遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。

三、課前準(zhǔn)備

這部分的知識(shí)比較有深度，所以提醒學(xué)生事先看書或者準(zhǔn)備一些問(wèn)題問(wèn)學(xué)生為好。

四、教學(xué)過(guò)程

第六章第二節(jié)DNA復(fù)制和蛋白質(zhì)合成 引言：電腦里面的文件如何復(fù)制？ DNA又是如何復(fù)制？

一、DNA復(fù)制

1、DNA分子復(fù)制的概念：P47

2、DNA分子復(fù)制的過(guò)程：邊解旋邊復(fù)制。1）解旋

2）子鏈合成：堿基互補(bǔ)配對(duì) 3）聚合

3、DNA分子復(fù)制的方式：半保留復(fù)制。

4、DNA分子復(fù)制的意義：遺傳特性相對(duì)穩(wěn)定。

二、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄

1、性狀的解釋（見(jiàn)書本的小金魚的問(wèn)題）。

2、性狀和蛋白質(zhì)的關(guān)系：性狀通過(guò)蛋白質(zhì)體現(xiàn)。

3、基因和性狀的關(guān)系：基因決定性狀。

4、關(guān)于RNA 1）結(jié)構(gòu)：?jiǎn)捂溄Y(jié)構(gòu)。

2）基本單位以及構(gòu)成：核糖核苷酸，核糖、磷酸和堿基4種組成。3）RNA種類：

mRNA：信使RNA（messenger RNA）、tRNA：轉(zhuǎn)移RNA（transfer RNA）rRNA：核糖體RNA（Ribosomal RNA）

5、轉(zhuǎn)錄 1）概念

2）過(guò)程（教師自己要設(shè)計(jì)概念圖）

三、遺傳信息的翻譯

1、翻譯：P50 把“核酸的語(yǔ)言”翻譯成“蛋白質(zhì)的語(yǔ)言”

學(xué)生看書：DNA上有4種堿基，而蛋白質(zhì)由20種氨基酸組成，如何解決這個(gè)矛盾？

2、遺傳密碼：P51 三聯(lián)密碼（密碼子）

看圖表6-1，大家發(fā)現(xiàn)了什么問(wèn)題，提示這個(gè)圖表是三維立體的。先要教學(xué)生看的方法。

1）64個(gè)密碼子中的61個(gè)密碼子對(duì)應(yīng)于一種氨基酸 2）終止密碼子：3個(gè) 3）起始密碼子：2個(gè)

3、翻譯的概念

場(chǎng)所、模板、運(yùn)載工具、按照什么規(guī)律合成蛋白質(zhì)？在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行的，它是以mRNA為模板，以tRNA為運(yùn)載工具，使氨基酸在核糖體內(nèi)按照一定的順序排列起來(lái)，合成蛋白質(zhì)的過(guò)程。

核糖體主要成份是rRNA和蛋白質(zhì)。

4、翻譯的過(guò)程（教師自己要設(shè)計(jì)概念圖）

1）tRNA的結(jié)構(gòu)和作用：三葉草形狀，運(yùn)送氨基酸。2）密碼子的結(jié)合

3）核糖體的移動(dòng)和肽鏈的延長(zhǎng) 4）原tRNA的離開 5）新tRNA的進(jìn)入

四、中心法則及其發(fā)展

1、中心法則：遺傳信息從DNA傳遞給RNA，再由RNA決定蛋白質(zhì)的合成，以及遺傳信息由DNA復(fù)制傳遞給DNA的規(guī)律稱為“中心法則”。

2、核酸和蛋白質(zhì)的聯(lián)系和分工。

3、中心法則表達(dá)：

（瘋牛病還是不要講了，比較特別的病毒是蛋白質(zhì)顆粒。具體如何繁殖的太復(fù)雜。）

五、課后反思

第三篇：DNA分子的結(jié)構(gòu)的教案

“DNA分子的結(jié)構(gòu)”的教案

趙艷玲（江蘇省靖江高級(jí)中學(xué) 214500）

一、教學(xué)目標(biāo)

1． 知識(shí)方面：概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)

2． 能力方面：制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型；進(jìn)行遺傳信息多樣性原因的探究

3． 情感態(tài)度和價(jià)值觀方面：認(rèn)同與人合作在科學(xué)研究中的重要性；體驗(yàn)科學(xué)探索不是一帆風(fēng)順的，需要鍥而不舍的精神

二、教學(xué)重點(diǎn)

1． DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn) 2． 制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

三、教學(xué)難點(diǎn)

DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)

四、教學(xué)用具

DNA分子結(jié)構(gòu)模型組件、DNA分子的空間結(jié)構(gòu)模型

五、教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)探究、發(fā)現(xiàn)式教學(xué)

新課標(biāo)理念下的高中生物教學(xué)要在“面向全體學(xué)生”的基礎(chǔ)上“提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)”，采取多種教學(xué)形式，重視“探究性學(xué)習(xí)”，“注重與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系”，使學(xué)生達(dá)成知識(shí)、能力、情感態(tài)度與價(jià)值觀的協(xié)調(diào)一致。

基于這個(gè)理念，在設(shè)計(jì)這節(jié)課時(shí)，我并沒(méi)有按照教材中的順序：先介紹沃森和克里克構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究歷程，再概述DNA分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，最后讓學(xué)生動(dòng)手嘗試建構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，加深對(duì)DNA分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的理解。而是先讓學(xué)生依據(jù)4個(gè)科學(xué)研究資料，逐步探究如何構(gòu)建脫氧核苷酸、單鏈、平面雙鏈、立體空間結(jié)構(gòu)，從而一步一步地構(gòu)建出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。通過(guò)探究構(gòu)建模型的過(guò)程，學(xué)生就會(huì)自然地了解DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)容，同時(shí)還體驗(yàn)了科學(xué)家的研究歷程，能夠?qū)W習(xí)到科學(xué)家善于捕獲分析信息和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S品質(zhì)及持之以恒的科研精神。然后以構(gòu)建好的DNA模型為依托，讓學(xué)生根據(jù)老師提出的問(wèn)題分析模型、主動(dòng)探究得出DNA結(jié)構(gòu)的有關(guān)知識(shí)，再由學(xué)生總結(jié)出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。由于考慮到這個(gè)模型可以很好的解答遺傳信息多樣性，所以最后讓學(xué)生比較不同組構(gòu)建的DNA模型，分析探究得出DNA分子多樣性的原因。

七、教學(xué)過(guò)程

（一）創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

教師展示沃森和克里克的圖片，提出問(wèn)題：同學(xué)們，你們知道這兩位科學(xué)家嗎？ 他們就是因研究DNA而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的沃森和克里克。今天就讓我們一起來(lái)重溫他們的研究過(guò)程，構(gòu)建DNA模型并探究DNA分子的結(jié)構(gòu)。

（二）模型建構(gòu)，探究新知 1．模型建構(gòu)

教師展示【資料1】：20世紀(jì)30年代，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到：組成DNA分子的單位是，且每個(gè)脫氧核苷酸是由、、構(gòu)成的。（空白處請(qǐng)同學(xué)們回憶已學(xué)知識(shí)回答）

提出問(wèn)題：依據(jù)這則資料，你能試著構(gòu)建出脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)模型嗎？請(qǐng)同學(xué)們從模型

六、教學(xué)設(shè)計(jì)思路 盒中拿出一個(gè)白色小球（代表磷酸）、一個(gè)藍(lán)色的小球（代表脫氧核糖）、一個(gè)帶凹凸的圓柱（代表堿基）、一個(gè)粗棒和一個(gè)細(xì)棒（代表化學(xué)鍵），試著構(gòu)建一個(gè)脫氧核苷酸模型。構(gòu)建好一個(gè)的同學(xué)，請(qǐng)用同樣的方法多構(gòu)建幾個(gè)。

【模型建構(gòu)1】：脫氧核苷酸

請(qǐng)一位同學(xué)到黑板上畫出你所構(gòu)建的脫氧核苷酸模型的示意圖，教師糾正。教師展示【資料2】：DNA是由脫氧核苷酸連接而成的長(zhǎng)鏈構(gòu)成的。

提出問(wèn)題：一個(gè)個(gè)脫氧核苷酸怎么連接成長(zhǎng)鏈呢？請(qǐng)同學(xué)們兩人一組，利用剛才完成的脫氧核苷酸模型，試著構(gòu)建脫氧核苷酸鏈。

【模型建構(gòu)2】:脫氧核苷酸鏈

學(xué)生代表展示成果，教師點(diǎn)評(píng)，課件展示正確的連接方法。

教師展示【資料3】：奧地利著名生物化學(xué)家查哥夫研究得出：腺嘌呤（A）的量總是等于胸腺嘧啶（T）的量，鳥嘌呤（G）的量總是等于胞嘧啶（C）的量這一堿基之間的數(shù)量關(guān)系。

提出問(wèn)題：分析剛才所建構(gòu)的模型是否符合這一科學(xué)事實(shí)，討論應(yīng)構(gòu)建怎樣的模型才能在任何情況下都符合這樣的科學(xué)事實(shí)？

學(xué)生邊討論邊動(dòng)手構(gòu)建 【模型建構(gòu)3】:DNA雙鏈

請(qǐng)一位學(xué)生展示并說(shuō)明如此構(gòu)建的原因，教師點(diǎn)評(píng)。

提出問(wèn)題：模型構(gòu)建得正確與否關(guān)鍵要看是否與DNA原型一致。DNA原型是怎樣的呢？ 教師展示【資料4】：1951年，英國(guó)科學(xué)家威爾金斯和富蘭克林提供的DNA的X射線衍射圖譜。

提出問(wèn)題：科學(xué)家從圖譜中推算出DNA應(yīng)呈螺旋結(jié)構(gòu)，你們的模型符合嗎？應(yīng)如何修改體現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)呢？（在平面雙鏈的基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)即可）

【模型建構(gòu)4】:DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

教師請(qǐng)完成得好的同學(xué)展示他們的模型，給予肯定和鼓勵(lì)。讓學(xué)生體會(huì)成功的快樂(lè)，激發(fā)學(xué)生自主探究的主動(dòng)性，增強(qiáng)成功信心。教師隨后展示現(xiàn)成的DNA分子的空間結(jié)構(gòu)模型，讓學(xué)生通過(guò)觀察和對(duì)比，對(duì)DNA分子的結(jié)構(gòu)形成更加感性的認(rèn)識(shí)。2．模型分析

分析1：請(qǐng)同學(xué)們觀察DNA分子結(jié)構(gòu)模型，討論以下問(wèn)題：（投影顯示下列問(wèn)題）（1）DNA分子中，外側(cè)由什么連接而成？?jī)?nèi)側(cè)是什么？（2）兩條鏈之間堿基的連接有什么規(guī)律？（3）構(gòu)成DNA的兩條鏈有怎樣的關(guān)系？

學(xué)生分析模型，得出答案并說(shuō)明如何從模型中得出答案的。學(xué)生回答，教師點(diǎn)評(píng)、補(bǔ)充。

問(wèn)題（1）中很容易出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤，從模型中同學(xué)們很容易認(rèn)為排列在外側(cè)的是磷酸，教師應(yīng)給予引導(dǎo)：磷酸是和磷酸直接相連的嗎？學(xué)生觀察后就會(huì)得出：磷酸和脫氧核糖相連。從而得出正確答案。

問(wèn)題（3）中反向這個(gè)關(guān)系學(xué)生不容易得出，教師可以讓學(xué)生通過(guò)角色扮演來(lái)尋找答案：請(qǐng)兩列同學(xué)起立擺出左手握拳，右手平伸的姿勢(shì)（左手握拳代表磷酸，右手代表堿基，軀干代表脫氧核糖），一個(gè)人可以代表一個(gè)脫氧核苷酸，一列同學(xué)就一條脫氧核苷酸鏈，請(qǐng)一列同學(xué)不動(dòng)，另一列同學(xué)與之進(jìn)行堿基配對(duì)（這列同學(xué)只能轉(zhuǎn)身完成配對(duì)）。這個(gè)角色扮演更直觀地反映了兩條鏈反向的關(guān)系，學(xué)生印象會(huì)更深刻，效果更好。

通過(guò)上述分析，學(xué)生不難歸納出DNA分子結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)：（學(xué)生回答）（1）DNA分子是有 條鏈組成，盤旋成 結(jié)構(gòu)。

（2）交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架； 排列在內(nèi)側(cè)。（3）堿基通過(guò) 連接成堿基對(duì)，并遵循 原則。

分析2：請(qǐng)同學(xué)們比較不同組學(xué)生構(gòu)建的DNA模型，分析不同組的DNA模型有什么不同？（學(xué)生回答：堿基對(duì)排列順序不同）教師總結(jié)補(bǔ)充。

請(qǐng)四位同學(xué)將各自組的堿基對(duì)排列順序?qū)懺诤诎迳?，其他組同學(xué)寫在紙上。學(xué)生通過(guò)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)堿基對(duì)排列順序確實(shí)不同。

接著讓學(xué)生先比較各組的第一個(gè)堿基對(duì)，試分析第一個(gè)堿基對(duì)的可能情況。

進(jìn)一步提出問(wèn)題：第二個(gè)堿基對(duì)呢？若這兩個(gè)堿基對(duì)連起來(lái)呢，共有幾種排列方式呢？ 從而讓學(xué)生根據(jù)上述問(wèn)題，探究堿基對(duì)數(shù)量（n）和堿基對(duì)排列方式的關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型。

引導(dǎo)學(xué)生思考：DNA作為主要的遺傳物質(zhì)，其遺傳信息蘊(yùn)藏在哪兒? 教師總結(jié)：通過(guò)以上分析可知，堿基對(duì)的排列順序是千變?nèi)f化的，堿基對(duì)排列順序的千變?nèi)f化構(gòu)成了DNA分子的多樣性。

（三）課堂小結(jié) 與學(xué)生共同回憶我們的探索之路，談?wù)勌骄堪l(fā)現(xiàn)的體會(huì)并回顧本課知識(shí)，完成拓展訓(xùn)練。思考如何以本節(jié)課構(gòu)建的模型為基礎(chǔ)，形成2個(gè)完全相同的DNA分子（即DNA分子是如何完成復(fù)制的）。

八、板書設(shè)計(jì)

DNA分子的結(jié)構(gòu)

一、模型建構(gòu)

二、模型分析

1．DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2．DNA的多樣性

九、教學(xué)反思

1．在教學(xué)中將DNA結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)分解，以“基本單位—單鏈—平面雙鏈—立體空間結(jié)構(gòu)”逐步深入，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，有利于學(xué)生理解脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)和DNA的結(jié)構(gòu)。

2．本節(jié)課將DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)這個(gè)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)大膽地改為探究型實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能跟隨教師提供的資料，主動(dòng)參與探究過(guò)程，由被動(dòng)的接受知識(shí)變?yōu)橹鲃?dòng)的探究知識(shí)、獲取知識(shí)。在探究中學(xué)生能自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)和分析解決問(wèn)題的能力。

3．DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)完成后，有關(guān)DNA 分子結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)都由學(xué)生分析討論得出，這使學(xué)生觀察模型、分析模型得出理性認(rèn)識(shí)的能力得到了很好的鍛煉。最后，本節(jié)課將后面的堿基對(duì)序列的探究整合提到了這里，由于更直觀教學(xué)效果更好。

4．在整節(jié)課中，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，盡量留給學(xué)生更多的空間，更多的展示自己的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在充滿情感的、和諧的課堂氛圍中，在老師和同學(xué)的鼓勵(lì)和欣賞中認(rèn)識(shí)自我、找到自信，體驗(yàn)成功的樂(lè)趣，樹立學(xué)好生物和進(jìn)行探究學(xué)習(xí)的信心。

（四）作業(yè)布置

第四篇：《DNA分子的結(jié)構(gòu)》教案

《DNA分子的結(jié)構(gòu)》教案

【教學(xué)目標(biāo)】

知識(shí)目標(biāo)

識(shí)記DNA分子的基本單位的化學(xué)組成；理解DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。能力目標(biāo)

通過(guò)制作DNA平面結(jié)構(gòu)模型，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力；通過(guò)對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的觀察，提高學(xué)生的觀察能力、分析和理解能力。德育目標(biāo)

通過(guò)DAN結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)歷程的教學(xué)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到與人合作的在科學(xué)研究中的重要性，討論技術(shù)的進(jìn)步在探索遺傳物質(zhì)奧秘中的重要作用。

【教學(xué)重點(diǎn)】

DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)

【教學(xué)難點(diǎn)】

DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)

【課前準(zhǔn)備】

DNA分子結(jié)構(gòu)模型、若干套（一個(gè)五邊形/一個(gè)圓/一個(gè)長(zhǎng)方形的即時(shí)貼和一個(gè)紙板）、制作DNA模型的材料

【課時(shí)安排】1課時(shí) 【教學(xué)過(guò)程】 第一課時(shí)

一、情境創(chuàng)設(shè)

2004年3月4號(hào)，北大生命科學(xué)學(xué)院，為了迎接世界華人生物學(xué)家大會(huì)，特地向北京世紀(jì)盛典廣告公司訂制了一個(gè)題為“旋律”的DNA雕塑。但是本意為了紀(jì)念DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)50年，也就是大家現(xiàn)在所看到的以逆時(shí)針?lè)较蛳蛏闲D(zhuǎn)的右旋DNA分子，做成了左旋。北大就說(shuō)了，我要右旋，你左旋，不行，不給錢。這廣告公司也不樂(lè)意，我又沒(méi)有偷工減料，沒(méi)少花功夫，扣錢，沒(méi)門，就把北大告上了法庭。對(duì)錯(cuò)，自有法律公斷，但是我們從中可以看出，哪怕是從事與生物毫不相干的行業(yè)，對(duì)了解DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，也是必要的。那么，我們今天就一塊來(lái)了解一下DNA的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

二、師生互動(dòng)

（1）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

科學(xué)家是如何構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的？提出問(wèn)題以后，采用讀書指導(dǎo)法讓學(xué)生讀課文了解兩位科學(xué)家構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的故事。使學(xué)生了解DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出者、構(gòu)建依據(jù)、嘗試與構(gòu)建模型。通過(guò)學(xué)生討論，教師指導(dǎo)的出結(jié)論。

結(jié)論:DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是美國(guó)生物學(xué)家沃森和英國(guó)物理學(xué)家克里克提出的。（2）DNA分子結(jié)構(gòu)

DNA分子結(jié)構(gòu)如何？有何特點(diǎn)？教師首先播放動(dòng)畫展示DNA分子的立體結(jié)構(gòu)，然后手拿DNA教具模型，組織學(xué)生小組討論DNA分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。

①化學(xué)組成，通過(guò)學(xué)生自學(xué)和討論，老師講解，認(rèn)識(shí)四種脫氧核苷酸及脫氧核苷酸的構(gòu)成磷酸、脫氧核糖、堿基（ATGC）。

②平面結(jié)構(gòu)，每?jī)扇艘唤M提供一個(gè)五邊形/一個(gè)圓/一個(gè)長(zhǎng)方形的即時(shí)貼和一個(gè)紙板，組織學(xué)生動(dòng)手拼脫氧核苷酸，并用線段將它們連接，并給自己的脫氧核苷酸命名。在動(dòng)手過(guò)程中，讓學(xué)生理解化學(xué)鍵是如何連接的。

③DNA的空間結(jié)構(gòu)，DNA分子是由兩條鏈組成的，并按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)；DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列內(nèi)側(cè)；兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)，并且是：A和T配對(duì)，G和C配對(duì)。

（3）制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，明確實(shí)驗(yàn)的的原理、目的要求。通過(guò)動(dòng)手制作讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)進(jìn)一步理解加深印象。

三、板書設(shè)計(jì)

DNA結(jié)構(gòu)的“五四三二一”

五種元素：C、H、O、N、P；

四種堿基：A、T、G、C，相應(yīng)的有四種脫氧核苷酸； 三種物質(zhì)：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基； 兩條長(zhǎng)鏈：兩條反向平行的脫氧核酸鏈； 一種螺旋：規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。

四、課堂總結(jié)及布置作業(yè)

通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)，我們要掌握DNA分子的結(jié)構(gòu)及主要的特點(diǎn)。

完成課本P51 頁(yè)的作業(yè)

第五篇：DNA分子的復(fù)制和結(jié)構(gòu)教案

DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制教案 培訓(xùn)學(xué)校

王桂芳

一、教材分析

本節(jié)與高中生物必修第一冊(cè)第一章《生命的物質(zhì)基礎(chǔ)》中的化合物和第二章及第五章中細(xì)胞分裂中DNA和染色體復(fù)制的基礎(chǔ)知識(shí)相聯(lián)系，同時(shí)也是學(xué)習(xí)高中生物必修第二冊(cè)中生物的遺傳和變異理論及高三選修教材第三章《遺傳與基因工程》的基礎(chǔ)。這部分內(nèi)容幾乎是每年高考都有所涉及的，所以復(fù)習(xí)好本節(jié)是很關(guān)鍵的。通過(guò)科學(xué)有效的復(fù)習(xí)不但可以理解本節(jié)知識(shí)點(diǎn)還可以進(jìn)一步加深高三學(xué)生對(duì)其它章節(jié)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，在教材中屬于較難理解的一部分內(nèi)容。

二、教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)目標(biāo): ①知記:DNA分子基本單位的化學(xué)組成.②理解:DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；DNA分子復(fù)制過(guò)程和復(fù)制意義.能力目標(biāo)：

①使學(xué)生掌握高效率學(xué)習(xí)方法進(jìn)而提高解題能力。如：比較法、類推法、示意圖法。

②培養(yǎng)學(xué)生的求異思維、發(fā)散思維、逆向思維，以及培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和相互合作的能力 情感目標(biāo)： 在課堂上對(duì)學(xué)生的回答即時(shí)給予鼓勵(lì)性的評(píng)價(jià)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，挖掘?qū)W習(xí)的潛能。

三、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)及解決方法 教學(xué)重點(diǎn)及突破策略

教學(xué)重點(diǎn)：DNA分子的結(jié)構(gòu)；DNA分子復(fù)制。突破策略：

①通過(guò)提問(wèn)、閱讀、討論結(jié)合圖解、練習(xí)來(lái)突出。

②采用直觀教學(xué)法、提問(wèn)歸納法，圖文轉(zhuǎn)化等教學(xué)方法讓學(xué)生充分理解邊解旋邊復(fù)制。

教學(xué)難點(diǎn)及突破策略

教學(xué)難點(diǎn)：DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；DNA分子復(fù)制過(guò)程和復(fù)制意義 突破策略：用多媒體課件顯示DNA結(jié)構(gòu)模型、DNA分子復(fù)制的過(guò)程，從而讓學(xué)生充分理解DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及復(fù)制的模板、原料等條件和復(fù)制的意義。

四、學(xué)情分析

所教學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)、不全面，對(duì)教材不熟悉，一些細(xì)小的知識(shí)的辨識(shí)能力弱，如脫氧核苷酸，核糖核苷酸，核糖核酸，脫氧核糖核酸的使用；解旋酶，DNA聚合酶，DNA連接酶，限制性內(nèi)切酶的區(qū)別等，所以，復(fù)習(xí)注重基礎(chǔ)知識(shí)和細(xì)節(jié)的回顧。

五、教學(xué)方法

1、直觀教學(xué)法：通過(guò)多媒體輔助教學(xué)軟件，化靜為動(dòng)，化抽象為具體，增強(qiáng)了教學(xué)內(nèi)容的直觀性、啟發(fā)性，使學(xué)生更好地從感性認(rèn)識(shí)上升為理性認(rèn)識(shí)。.2、圖表歸納法：學(xué)生參與完成DNA的空間結(jié)構(gòu)和DNA分子的復(fù)制等相關(guān)知識(shí)的表格，進(jìn)行教學(xué)反饋。

六、課前準(zhǔn)備

學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備：利用《全品》進(jìn)行課前習(xí)題練習(xí)

教師的教前準(zhǔn)備：分析學(xué)生的課前習(xí)題，了解學(xué)生的薄弱之處，有針對(duì)性的制做多媒體課件

七、課時(shí)安排：1課時(shí)

八、教學(xué)過(guò)程

⑴DNA分子的結(jié)構(gòu)

回顧DNA分子的基本單位 展示DNA分子的結(jié)構(gòu)模型圖，結(jié)合課后練習(xí)讓學(xué)生回顧DNA分子的結(jié)構(gòu)并歸納出DNA分子的空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則讓學(xué)生推測(cè)出DNA分子中各堿基的關(guān)系，理解DNA分子的常規(guī)計(jì)算

⑵ DNA分子的復(fù)制

回顧DNA分子復(fù)制的定義，時(shí)期，場(chǎng)所

展示DNA分子復(fù)制的過(guò)程圖示，讓學(xué)生描述過(guò)程，歸納其條件，特點(diǎn)，穩(wěn)定性

讓學(xué)生體會(huì)半保留復(fù)制的過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生解決DNA分子復(fù)制的有關(guān)計(jì)算 九．板書設(shè)計(jì)

（一）DNA分子的結(jié)構(gòu)

1、基本單位——脫氧核苷酸

2、雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)

（二）DNA分子的復(fù)制

1、概念

2、復(fù)制的時(shí)間

3、復(fù)制的過(guò)程

4、復(fù)制的條件

5、復(fù)制的特點(diǎn)

6、復(fù)制的意義

十、教學(xué)反思

本節(jié)課作為一節(jié)復(fù)習(xí)課主要目標(biāo)是為學(xué)生理順相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，查缺補(bǔ)漏，通過(guò)前面的習(xí)題，反映出學(xué)生對(duì)一些基礎(chǔ)知識(shí)的掌握不太理想，所以這節(jié)課從基礎(chǔ)入手，結(jié)合課后習(xí)題，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系，并將學(xué)生在做業(yè)中出錯(cuò)率較高的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧和鞏固。

強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體作用，通過(guò)多媒體展示圖片，讓學(xué)生歸納并回顧相關(guān)知識(shí)，對(duì)知識(shí)的形成過(guò)程有一個(gè)直觀的印象，加深知識(shí)點(diǎn)的識(shí)記，理解和應(yīng)用，使抽象的知識(shí)具體化。

本節(jié)課也有很多不足之處，時(shí)間也沒(méi)有掌握很好，結(jié)業(yè)小結(jié)有一點(diǎn)倉(cāng)促，在以后的教學(xué)過(guò)程中我會(huì)更加注意提高對(duì)課堂的掌控和協(xié)調(diào)能力。