分子教案第三章DNA的生物合成

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

教学重点：1．DNA的半保留复制及DNA的半不连续复制2．DNA复制的方式3．DNA复制的调控

教学难点：线形DNA复制末端问题的解决 教学时数：7学时

教学要求：1．掌握并理解DNA复制的特点

2．掌握并理解DNA复制的过程 3．掌握并理解DNA复制的主要方式

4．掌握并理解线性DNA复制末端缩短问题的解决方式 5．了解DNA复制的调控方式

教学方式：讲述、演示与计算机辅助教学 教学内容：

1.DNA复制的特点

证明DNA是遗传物质的两个关键性实验：首先用实验证明基因就是DNA分子的是美国的微生物学家Avery.他的实验是用肺炎球菌感染小鼠。美国遗传学家Hershey用T2噬菌体感染大肠杆菌实验，也证明DNA是遗传物质。这两个实验中主要的论点证据是：生物体吸收的外源DNA改变了其遗传潜能。

目前认为生物界遗传信息传递的中心法则为

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.图1 双螺旋DNA的复制

1.1 DNA的半保留复制(semiconservative replication)Watson和Crick在提出DNA双螺旋结构模型时即推测，DNA在复制时首先两条链之间的氢键断裂两条链分开，然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的DNA链，这样新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为半保留复制。

1958年Meselson和Stahl利用氮标记技术在大肠杆菌中首次证实了DNA的半保留复制，他们将大肠杆菌放在含有15N标记的NH4Cl培养基中繁殖了15代，使所有的大肠杆菌DNA被15N所标记，可以得到15N桪NA。然后将细菌转移到含有14N标记的NH4Cl培养基中进行培养，在培养不同代数时，收集细菌，裂解细胞，用氯化铯(CsCl)密度梯度离心法观察DNA所处的位置。由于15N DNA的密度比普通DNA(14N－DNA)的密度大，在氯化铯密度梯度离心(density gradient centrifugation)时，两种密度不同的DNA分布在不同的区带。实验结果表明：在全部由15N标记的培养基中得到的15N桪NA显示为一条重密度带位于离心管的管底。当转入14N标记的培养基中繁殖后第一代，得到了一条中密度带，这是15N桪NA和14N-DNA的杂交分子。第二代有中密度带及低密度带两个区带，这表明它们分别为15N14N－DNA和14N14N-DNA。随着以后在14N培养基中培养代数的增加，低密度带增强，而中密度带逐渐减弱，离心结束后，从管底到管口，CsCl溶液密度分布从高到低形成密度梯度，不同重量的DNA分子就停留在与其相当的CsCl密度处，在紫外光下可以看到DNA分子形成的区带。为了证实第一代杂交分子确实是一半15N-DNA－半14N－DNA，将这种杂交分子经加热变性，对于变性前后的DNA分别进行CsCl密度梯度离心，结果变性前的杂交分子为一条中密度带，变性后则分为两条区带，即重密度带(15N－DNA)及低密度带(14N－DNA)。它们的实验只有用半保留复制的理论才能得到圆满的解释(图2和16-3)。

图2 DNA的半保留复制第一代分子含有一条亲代的链(用黑色素示)，与另一条新合成的链(用白色表示)配对。在以后的连续复制过程中，原来亲代的两条链仍然保持完整，因此总有两个分子各具有一条原来亲代的链

图3 DNA的半保留复制－Meslson Stahl实验密度梯度离心后的DNA 位置：左三管为对照；右三管为实验结果

1.2 半不连续性复制（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.

2．参与DNA复制的有关物质

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,简写DNA polⅠ)、DNA聚合酶Ⅱ和DNA聚合酶Ⅲ。(DNA polymerase Ⅱ，Ⅲ，简写DNA polⅡ,DNA polⅢ)见表1。

这种酶的共同性质是：①需要DNA模板，因此这类酶又称为依赖DNA的DNA聚合酶(DNA dependent DNA polymerase, DDDP)。②需要RNA或DNA做为引物(primer)，即DNA聚合酶不能从头催化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′。④三种DNA聚合酶都属于多功能酶，它们在DNA复制和修复过程的不同阶段发挥作用。由于DNA聚合酶Ⅰ是研究得最清楚而且代表了其他DNA聚合酶的基本特点，所以我们着重介绍DNA polⅠ的作用并指出另外二种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 Å 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：

许多实验证实DNA polⅠ并不是DNA复制过程中的主要酶，它的作用主要与DNA损伤后的修复有关。

2.1.2 DNA聚合酶Ⅱ(DNA polymeraseⅡ)此酶分子量为120KD，每个细胞约有100个酶分子，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，而没有5′→3′外切活性，它的作用可能与DNA损伤修复有关。

2.1.3 DNA聚合酶Ⅲ(DNA polymeraseⅢ)这是在DNA复制过程中起主要作用的聚合酶，它是由一个多亚基组成的蛋白质分子，其分子量＞600kDa整个酶分子形成一个不对称的二聚体，每个大肠杆菌细胞中只有10?0个酶分子，但催化dNTP参入DNA链的速率却是最快的，约为9000核苷酸/每分钟/每个酶分子。这也证明DNA polⅢ是DNA复制过程中主要发挥作用的酶。在大肠杆菌染色体DNA进行复制时，DNA聚合酶Ⅲ全酶并不是单独起作用的，而是与引发体，介链酶等构成一个复制体(replisome)。由于复制体的存在，先导链和随从链可以同时复制。DNA polⅢ是由多亚基组成的不对称二聚体，它可能同时负责先导链和随从链的复制，在φ×174的复制中观察到引发体总是伴随着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 大肠杆菌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 不详

＞600KD 10-20 + 30,000高 复制

分子量

每个细胞中的分子数 5′→3′聚合活性

37℃转化率核苷酸数／酶

600 分子·分钟 5′→3′外切活性 3′→5′外切活性 切刻平移活性 对dNTP亲和力

+ + + 低 修复

功能

去除引物 填补空缺

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。它们的基本特性相似于大肠杆菌DNA聚合酶，其主要活性是催化dNTP的5′→3′聚合活性，基本特征见表2。

表2 真核生物DNA聚合酶

亚基数 4

α 36-38 核 ＋ －

β 160-300 线粒体 ＋ － 复制

γ 170 核 ＋ － 复制

δ 256 核 ＋ － 复制

ε

分子量（KD)＞250 细胞内定位 核

5′→3′聚合活性 ＋ 3′→5′外切活性 － 功能 复制、引发 修复

真核细胞在DNA复制中起主要作用的是DNA polα，主要负责染色体DNA的复制。DNA polβ的模板特异性是具有缺口的DNA分子，被认为它与DNA修复有关。DNA polγ在线粒体DNA的复制中起作用。DNA polδ不但有5′→3′聚合活性，而且还具有3′→5′外切酶活性，据认为真核生物DNA复制是在DNA polα和DNA polδ协同作用下进行的，前导链的合成靠DNA polδ催化。而随从链的合成靠DNA polα和引发酶配合作用完成。2.3 DNA复制起始引发体的形成及所参与的酶和蛋白质： 2.3.1.解链酶(helicase)DNA开始复制时首先在起始点处解开双链，反应是在一种解链酶(helicase)的催化下进行的。解链酶需要ATP分解供给能量。大肠杆菌中DnaB蛋白就有介链酶活性，与随从链的模板DNA结合，沿5′→3′方向移动，还有一种叫做Rep蛋白和前导链的模板DNA结合沿3′→5′方向移动。解链酶的作用就是打开DNA双链之间的氢键。2.3.2 单链结合蛋白：(single strand binding proteins, SSBP)它与解开的单链DNA结合，使其稳定不会再度螺旋化并且避免核酸内切酶对单链DNA的水解，保证了单链DNA做为模板时的伸展状态，SSBP可以重复利用。2.3.3引发体的形成：

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)引发体(primosome)高度解链的模板DNA与多种蛋白质因子形成的引发前体促进引物酶结合上来，共同形成引发体，引发体主要在DNA随从链上开始，它连续地与引物酶结合并解离，从而在不同部位引导引物酶催化合成RNA引物，在引物RNA的3′桹H末端接下去合成DNA片段，这就是随从链不连续合成的开始。2.4 与超螺旋松驰有关的酶：

拓扑异构酶(topoisomerase)是一类改变DNA拓扑性质的酶。在体外可催化DNA的各种拓扑异构化反应，而在生物体内它们可能参与了DNA的复制与转录。在DNA复制时，复制叉行进的前方DNA分子部分产生有正超螺旋，拓扑酶可松驰超螺旋，有利于复制叉的前进及DNA的合成。DNA复制完成后，拓扑酶又可将DNA分子引入超螺旋，使DNA缠绕、折叠，压缩以形成染色质。DNA拓扑异构酶有Ⅰ型和Ⅱ型，它们广泛存在于原核生物及真核生物中。

表3 大肠杆菌和真核生物中的拓扑异构酶

类型

Ⅰ型拓扑异构酶 大肠杆菌 真核生物 Ⅱ型拓扑异构酶

切开二股DNA链

大肠杆菌

依赖ATP

真核生物

切开二股DNA链 依赖ATP

松弛正超螺旋； 引入负超螺旋，解环连等 松驰正超螺旋，但不能引入负超螺旋

切开一股DNA链 切开一股DNA链

松驰负超螺旋 松驰正，负超螺旋

作用

对超螺旋的作用

拓扑异构酶Ⅰ(TopoⅠ)的主要作用是将环状双链DNA的一条链切开一个口，切口处链的末端绕螺旋轴按照松驰超螺旋的方向转动，然后再将切口封起来。这就使DNA复制叉移动时所引起的前方DNA正超螺旋得到缓解，利于DNA复制叉继续向前打开。拓扑异构酶Ⅰ除上述作用外，对环状单链DNA还有打结或解结作用，对环状双链DNA的环连或解环连以及使环状单链DNA形成环状双链DNA都有作用(图13)。

拓扑异构酶Ⅱ(TopoⅡ)是在大肠杆菌中发现的，曾被称为旋转酶(gyrase)，它们作用特点是切开环状双链DNA的两条链，分子中的部分经切口穿过而旋转，然后封闭切口，TopoⅡ还可使DNA分子从超螺旋状态转变为松驰状态，此反应不需要ATP参与。DNA复制完成后，TopoⅡ在ATP参与下，DNA分子从松驰状态转变为负超螺旋。此外，TopoⅡ催化的拓扑异构化反应还有环连或解环连，以及打结或解结。DNA复制的过程：





 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复制的全部过程可以人为地分成三个阶段，第一个阶段为DNA复制的起始阶段，这个阶段包括起始点，复制方向以及引发体的形成，第二阶段为DNA链的延长，包括前导链及随从链的形成和切除RNA引物后填补空缺及连接岗崎片段。第三阶段为DNA复制的终止阶段。

3.1 DNA复制的起始阶段： 3.1.1 DNA复制的起始点

   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.很多实验都证明：复制是从DNA分子上的特定部位开始的，这一部位叫做复制起始点(originof replication)常用ori或o表示。细胞中的DNA复制一经开始就会连续复制下去，直至完成细胞中全部基因组DNA的复制。DNA复制从起始点开始直到终点为止，每个这样的DNA单位称为复制子或复制单元(replicon)。在原核细胞中，每个DNA分子只有一个复制起始点，因而只有一个复制子，而在真核生物中，DNA的复制是从许多起始点同时开始的，所以每个DNA分子上有许多个复制子。

DNA复制起始点有结构上的特殊性，例如：大肠杆菌染色体DNA复制起始点Oric由422个核苷酸组成，是一系列对称排列的反向重复序列，即回文结构(palindrome)，其中有9个核苷酸或13个核苷酸组成的保守序列，这些部位是大肠杆菌中DnaA蛋白识别的位置，大肠杆菌染色体DNA是环状双链DNA，它的复制是典型的“θ”型复制(由于形状像希腊字母θ)。从一个起点开始，同时向两个方向进行复制，当两个复制方向相遇时，复制就停止。而有些生物的DNA复制起始区是一段富含A·T的区段。这些特殊的结构对于在DNA复制起始过程中参与的酶和许多蛋白质分子的识别和结合都是必须的。

3.2 DNA复制的延长阶段

DNA的复制实际上就是以DNA为模板在DNA聚合酶作用下，将游离的四种脱氧单核苷酸(dATP,dGTP,dCTP,dTTP,简写为dNTP)聚合成DNA的过程。

这是一个非常复杂的酶促反应，需要许多种酶和蛋白质参与，现分别叙述它们在DNA复制中作用。

图4 DNA聚合酶Ⅲ催化先导链和随从的合成

图5 大肠杆菌DNA复制叉中复制过程简图

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复制的终止阶段

DNA在复制过程中，合成出的前导链为一条连续的长链。随从链则是由合成出许多相邻的片段，在连接酶的催化下，连接成为一条长链。连接作用是在连接酶催化下进行的。连接酶(ligase)的作用是催化相邻的DNA片段以3′、5′－磷酸二酯键相连接。连接反应中的能量来自ATP(或NAD＋)。连接酶先与ATP作用，以共价键相连生成E桝MP中间体。中间体即与一个DNA片段的5′－磷酸相连接形成E-AMP-5′－DNA。然后再与另一个DNA片段的3′-OHH末端作用，E和AMP脱下，两个DNA片段以3′、5′磷酸二酯键相连接。随从链的各个DNA片段就是这样连接成一条DNA长链(图14)。

图6 连接酶的催化反应

已有研究证明大肠杆菌染色体DNA具有复制终止位点，此处可以结合一种特异的蛋白质分子叫做Tus，这个蛋白质可能是通过阻止解链酶(Helicase)的解链活性而终止复制的。详细的机制还不完全清楚。

DNA复制完成后，靠拓扑酶将DNA分子引入超螺旋结构。3.4五、真核生物DNA复制的特点：

DNA复制的研究最初是在原核生物中进行的，有些原核生物的DNA复制已经搞得很清楚。真核生物比原核生物复杂得多，但DNA复制的基本过程还是相似的。在这里我们主要讨论一些重要的区别。

图7 端粒酶催化端区TG链的合成

1.与原核生物不同，真核生物DNA复制有许多起始点，例如酵母S.cerevisiae的17号染色体约有400个起始点，因此，虽然真核生物DNA复制的速度(60核苷酸/每秒钟)比原核生物DNA复制的速度(E.coli 1700核苷酸/每秒钟)慢得多，但复制完全部基因组DNA也只要几分钟的时间。

2.SV40病毒DNA主要依靠宿主细胞中的DNA复制体系进行DNA的复制，这是了解真核生物DNA复制的体外模型。在真核生物DNA复制叉处，需要两种不同的酶。DNA聚合酶α(polα)和DNA聚合酶δ(polδ)。polα和引物酶紧密结合，在DNA模板上先合成RNA引物，再由polα延长DNA链，这种活性还要复制因子C参与。同时结合在引物模板上的PCNA(增殖细胞核抗原Proliferating cell nuclear antigen)此时释放了polα，然后由polδ结合到生长链3′末端，并与PCNA结合，继续合成前导链。而随从链的合成靠polα紧密与引物酶结合并在复制因子C帮助下，合成岗崎片段(图15)。

图8 真核生物DNA复制叉结构示意图

3.由于真核生物染色体是线性DNA，它的两端叫做端区(telomeres)，端区是由重复的寡核苷酸序列构成的。例如酵母的端区重复序列是5′G(1?)T(3)3′。前面讲到所有生物DNA聚合酶都只能催化DNA从5′→3′的方向合成，因此当复制叉到达线性染色体末端时，前导链可以连续合成到头，而由于随从链是以一种不连续的形式合成岗崎片段，所以不能完成线性染色体末端的复制，如果这个问题不解决，真核生物在细胞分裂时DNA复制将产生5′末端隐缩，使DNA缩短，近十多年的研究表明，真核生物体内都存在一种特殊的反转录酶叫做端粒酶(telomerase)，它是由蛋白质和RNA两部分组成的，它以自身的RNA为模板，在随从链模板DNA的3′桹H末端延长DNA，再以这种延长的DNA为模板，继续合成随从链(图16)。由此可见端粒酶在保证染色体复制的完整性上有重要意义。

4.DNA复制的方式

4.1

θ-复制replication by θ-structure

4.2

滚环复制replication by rolling cycles structure 13 φX174噬菌体由一个单链环状DNA组成，这条链称为正（+）链；合成的互补链称为负

（一）链。双链体的复制以滚环复制方式进行。

4.3

D-环复制Replication by displacement loop structure D-环复制（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复制的调控

5.1 ColEI质粒DNA的复制调控 Rop蛋白、反义RNA

5.2 真核细胞DNA的复制调控 细胞生活周期水平调控（限制点调控）：决定细胞停留在G1期还是进入S期（by cylins,cdc(cell division cycle)gene products）.染色体水平调控：决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序在S期起始复制。

复制子水平调控：决定复制的起始与否，并且是高度保守的。

第二篇：生物教案第六章第二节 DNA复制和蛋白质合成（精选）

第六章第二节DNA复制和蛋白质合成（学习水平A）

一、教学目标

1、知识与技能

1）知道DNA分子的半保留复制，即遗传信息的传递过程。2）知道遗传信息的转录和翻译，即蛋白质合成过程。3）知道遗传密码和密码子的概念。4）知道中心法则的基本内容。

2、过程与方法

1）在了解DNA分子的结构和碱基配对原则的基础上，感受生物体遗传信息传递的准确性。

2）了解密码子的功能，注意DNA核苷酸排列顺序与蛋白质氨基酸顺序的关系。

3、情感态度价值观

1）感受基因对蛋白质合成的控制功能。2）感受生命的精确和神奇。

二、教学重点和难点

1、重点

1）DNA分子的半保留复制。2）遗传信息的转录和翻译。3）中心法则的基本内容。

2、难点

1）DNA分子的半保留复制。2）遗传信息的转录和翻译。

三、课前准备

这部分的知识比较有深度，所以提醒学生事先看书或者准备一些问题问学生为好。

四、教学过程

第六章第二节DNA复制和蛋白质合成 引言：电脑里面的文件如何复制？ DNA又是如何复制？

一、DNA复制

1、DNA分子复制的概念：P47

2、DNA分子复制的过程：边解旋边复制。1）解旋

2）子链合成：碱基互补配对 3）聚合

3、DNA分子复制的方式：半保留复制。

4、DNA分子复制的意义：遗传特性相对稳定。

二、遗传信息的转录

1、性状的解释（见书本的小金鱼的问题）。

2、性状和蛋白质的关系：性状通过蛋白质体现。

3、基因和性状的关系：基因决定性状。

4、关于RNA 1）结构：单链结构。

2）基本单位以及构成：核糖核苷酸，核糖、磷酸和碱基4种组成。3）RNA种类：

mRNA：信使RNA（messenger RNA）、tRNA：转移RNA（transfer RNA）rRNA：核糖体RNA（Ribosomal RNA）

5、转录 1）概念

2）过程（教师自己要设计概念图）

三、遗传信息的翻译

1、翻译：P50 把“核酸的语言”翻译成“蛋白质的语言”

学生看书：DNA上有4种碱基，而蛋白质由20种氨基酸组成，如何解决这个矛盾？

2、遗传密码：P51 三联密码（密码子）

看图表6-1，大家发现了什么问题，提示这个图表是三维立体的。先要教学生看的方法。

1）64个密码子中的61个密码子对应于一种氨基酸 2）终止密码子：3个 3）起始密码子：2个

3、翻译的概念

场所、模板、运载工具、按照什么规律合成蛋白质？在细胞质中进行的，它是以mRNA为模板，以tRNA为运载工具，使氨基酸在核糖体内按照一定的顺序排列起来，合成蛋白质的过程。

核糖体主要成份是rRNA和蛋白质。

4、翻译的过程（教师自己要设计概念图）

1）tRNA的结构和作用：三叶草形状，运送氨基酸。2）密码子的结合

3）核糖体的移动和肽链的延长 4）原tRNA的离开 5）新tRNA的进入

四、中心法则及其发展

1、中心法则：遗传信息从DNA传递给RNA，再由RNA决定蛋白质的合成，以及遗传信息由DNA复制传递给DNA的规律称为“中心法则”。

2、核酸和蛋白质的联系和分工。

3、中心法则表达：

（疯牛病还是不要讲了，比较特别的病毒是蛋白质颗粒。具体如何繁殖的太复杂。）

五、课后反思

第三篇：DNA分子的结构的教案

“DNA分子的结构”的教案

赵艳玲（江苏省靖江高级中学 214500）

一、教学目标

1． 知识方面：概述DNA分子结构的主要特点

2． 能力方面：制作DNA双螺旋结构模型；进行遗传信息多样性原因的探究

3． 情感态度和价值观方面：认同与人合作在科学研究中的重要性；体验科学探索不是一帆风顺的，需要锲而不舍的精神

二、教学重点

1． DNA分子结构的主要特点 2． 制作DNA双螺旋结构模型

三、教学难点

DNA分子结构的主要特点

四、教学用具

DNA分子结构模型组件、DNA分子的空间结构模型

五、教学方法 实验探究、发现式教学

新课标理念下的高中生物教学要在“面向全体学生”的基础上“提高学生的生物科学素养”，采取多种教学形式，重视“探究性学习”，“注重与现实生活的联系”，使学生达成知识、能力、情感态度与价值观的协调一致。

基于这个理念，在设计这节课时，我并没有按照教材中的顺序：先介绍沃森和克里克构建DNA双螺旋结构的研究历程，再概述DNA分子结构的特点，最后让学生动手尝试建构DNA双螺旋结构，加深对DNA分子结构特点的理解。而是先让学生依据4个科学研究资料，逐步探究如何构建脱氧核苷酸、单链、平面双链、立体空间结构，从而一步一步地构建出DNA双螺旋结构模型。通过探究构建模型的过程，学生就会自然地了解DNA双螺旋结构的基本内容，同时还体验了科学家的研究历程，能够学习到科学家善于捕获分析信息和严谨的思维品质及持之以恒的科研精神。然后以构建好的DNA模型为依托，让学生根据老师提出的问题分析模型、主动探究得出DNA结构的有关知识，再由学生总结出DNA双螺旋结构的主要特点。由于考虑到这个模型可以很好的解答遗传信息多样性，所以最后让学生比较不同组构建的DNA模型，分析探究得出DNA分子多样性的原因。

七、教学过程

（一）创设情境，导入新课

教师展示沃森和克里克的图片，提出问题：同学们，你们知道这两位科学家吗？ 他们就是因研究DNA而获得诺贝尔奖的沃森和克里克。今天就让我们一起来重温他们的研究过程，构建DNA模型并探究DNA分子的结构。

（二）模型建构，探究新知 1．模型建构

教师展示【资料1】：20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的单位是，且每个脱氧核苷酸是由、、构成的。（空白处请同学们回忆已学知识回答）

提出问题：依据这则资料，你能试着构建出脱氧核苷酸的结构模型吗？请同学们从模型

六、教学设计思路 盒中拿出一个白色小球（代表磷酸）、一个蓝色的小球（代表脱氧核糖）、一个带凹凸的圆柱（代表碱基）、一个粗棒和一个细棒（代表化学键），试着构建一个脱氧核苷酸模型。构建好一个的同学，请用同样的方法多构建几个。

【模型建构1】：脱氧核苷酸

请一位同学到黑板上画出你所构建的脱氧核苷酸模型的示意图，教师纠正。教师展示【资料2】：DNA是由脱氧核苷酸连接而成的长链构成的。

提出问题：一个个脱氧核苷酸怎么连接成长链呢？请同学们两人一组，利用刚才完成的脱氧核苷酸模型，试着构建脱氧核苷酸链。

【模型建构2】:脱氧核苷酸链

学生代表展示成果，教师点评，课件展示正确的连接方法。

教师展示【资料3】：奥地利著名生物化学家查哥夫研究得出：腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量这一碱基之间的数量关系。

提出问题：分析刚才所建构的模型是否符合这一科学事实，讨论应构建怎样的模型才能在任何情况下都符合这样的科学事实？

学生边讨论边动手构建 【模型建构3】:DNA双链

请一位学生展示并说明如此构建的原因，教师点评。

提出问题：模型构建得正确与否关键要看是否与DNA原型一致。DNA原型是怎样的呢？ 教师展示【资料4】：1951年，英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的DNA的X射线衍射图谱。

提出问题：科学家从图谱中推算出DNA应呈螺旋结构，你们的模型符合吗？应如何修改体现DNA的双螺旋结构呢？（在平面双链的基础上旋转即可）

【模型建构4】:DNA双螺旋结构

教师请完成得好的同学展示他们的模型，给予肯定和鼓励。让学生体会成功的快乐，激发学生自主探究的主动性，增强成功信心。教师随后展示现成的DNA分子的空间结构模型，让学生通过观察和对比，对DNA分子的结构形成更加感性的认识。2．模型分析

分析1：请同学们观察DNA分子结构模型，讨论以下问题：（投影显示下列问题）（1）DNA分子中，外侧由什么连接而成？内侧是什么？（2）两条链之间碱基的连接有什么规律？（3）构成DNA的两条链有怎样的关系？

学生分析模型，得出答案并说明如何从模型中得出答案的。学生回答，教师点评、补充。

问题（1）中很容易出现一个错误，从模型中同学们很容易认为排列在外侧的是磷酸，教师应给予引导：磷酸是和磷酸直接相连的吗？学生观察后就会得出：磷酸和脱氧核糖相连。从而得出正确答案。

问题（3）中反向这个关系学生不容易得出，教师可以让学生通过角色扮演来寻找答案：请两列同学起立摆出左手握拳，右手平伸的姿势（左手握拳代表磷酸，右手代表碱基，躯干代表脱氧核糖），一个人可以代表一个脱氧核苷酸，一列同学就一条脱氧核苷酸链，请一列同学不动，另一列同学与之进行碱基配对（这列同学只能转身完成配对）。这个角色扮演更直观地反映了两条链反向的关系，学生印象会更深刻，效果更好。

通过上述分析，学生不难归纳出DNA分子结构主要特点：（学生回答）（1）DNA分子是有 条链组成，盘旋成 结构。

（2）交替连接，排列在外侧，构成基本骨架； 排列在内侧。（3）碱基通过 连接成碱基对，并遵循 原则。

分析2：请同学们比较不同组学生构建的DNA模型，分析不同组的DNA模型有什么不同？（学生回答：碱基对排列顺序不同）教师总结补充。

请四位同学将各自组的碱基对排列顺序写在黑板上，其他组同学写在纸上。学生通过观察会发现碱基对排列顺序确实不同。

接着让学生先比较各组的第一个碱基对，试分析第一个碱基对的可能情况。

进一步提出问题：第二个碱基对呢？若这两个碱基对连起来呢，共有几种排列方式呢？ 从而让学生根据上述问题，探究碱基对数量（n）和碱基对排列方式的关系，建立数学模型。

引导学生思考：DNA作为主要的遗传物质，其遗传信息蕴藏在哪儿? 教师总结：通过以上分析可知，碱基对的排列顺序是千变万化的，碱基对排列顺序的千变万化构成了DNA分子的多样性。

（三）课堂小结 与学生共同回忆我们的探索之路，谈谈探究发现的体会并回顾本课知识，完成拓展训练。思考如何以本节课构建的模型为基础，形成2个完全相同的DNA分子（即DNA分子是如何完成复制的）。

八、板书设计

DNA分子的结构

一、模型建构

二、模型分析

1．DNA分子的结构特点 2．DNA的多样性

九、教学反思

1．在教学中将DNA结构模型的建构分解，以“基本单位—单链—平面双链—立体空间结构”逐步深入，由简单到复杂，符合学生的认知规律，有利于学生理解脱氧核苷酸的结构和DNA的结构。

2．本节课将DNA分子双螺旋结构模型的建构这个验证型实验大胆地改为探究型实验，学生能跟随教师提供的资料，主动参与探究过程，由被动的接受知识变为主动的探究知识、获取知识。在探究中学生能自己发现问题，分析问题，解决问题，培养学生的生物学素养和分析解决问题的能力。

3．DNA分子双螺旋结构模型的建构完成后，有关DNA 分子结构的相关知识都由学生分析讨论得出，这使学生观察模型、分析模型得出理性认识的能力得到了很好的锻炼。最后，本节课将后面的碱基对序列的探究整合提到了这里，由于更直观教学效果更好。

4．在整节课中，充分体现了学生的主体地位，尽量留给学生更多的空间，更多的展示自己的机会，让学生在充满情感的、和谐的课堂氛围中，在老师和同学的鼓励和欣赏中认识自我、找到自信，体验成功的乐趣，树立学好生物和进行探究学习的信心。

（四）作业布置

第四篇：《DNA分子的结构》教案

《DNA分子的结构》教案

【教学目标】

知识目标

识记DNA分子的基本单位的化学组成；理解DNA分子的结构特点。能力目标

通过制作DNA平面结构模型，培养学生的动手能力；通过对DNA双螺旋结构模型的观察，提高学生的观察能力、分析和理解能力。德育目标

通过DAN结构的发现历程的教学，使学生认识到与人合作的在科学研究中的重要性，讨论技术的进步在探索遗传物质奥秘中的重要作用。

【教学重点】

DNA分子结构的主要特点

【教学难点】

DNA分子结构的主要特点

【课前准备】

DNA分子结构模型、若干套（一个五边形/一个圆/一个长方形的即时贴和一个纸板）、制作DNA模型的材料

【课时安排】1课时 【教学过程】 第一课时

一、情境创设

2004年3月4号，北大生命科学学院，为了迎接世界华人生物学家大会，特地向北京世纪盛典广告公司订制了一个题为“旋律”的DNA雕塑。但是本意为了纪念DNA双螺旋结构发现50年，也就是大家现在所看到的以逆时针方向向上旋转的右旋DNA分子，做成了左旋。北大就说了，我要右旋，你左旋，不行，不给钱。这广告公司也不乐意，我又没有偷工减料，没少花功夫，扣钱，没门，就把北大告上了法庭。对错，自有法律公断，但是我们从中可以看出，哪怕是从事与生物毫不相干的行业，对了解DNA双螺旋结构，也是必要的。那么，我们今天就一块来了解一下DNA的结构问题。

二、师生互动

（1）DNA双螺旋结构模型的构建

科学家是如何构建DNA双螺旋结构模型的？提出问题以后，采用读书指导法让学生读课文了解两位科学家构建DNA双螺旋结构模型的故事。使学生了解DNA双螺旋结构的提出者、构建依据、尝试与构建模型。通过学生讨论，教师指导的出结论。

结论:DNA双螺旋结构是美国生物学家沃森和英国物理学家克里克提出的。（2）DNA分子结构

DNA分子结构如何？有何特点？教师首先播放动画展示DNA分子的立体结构，然后手拿DNA教具模型，组织学生小组讨论DNA分子结构的特点。

①化学组成，通过学生自学和讨论，老师讲解，认识四种脱氧核苷酸及脱氧核苷酸的构成磷酸、脱氧核糖、碱基（ATGC）。

②平面结构，每两人一组提供一个五边形/一个圆/一个长方形的即时贴和一个纸板，组织学生动手拼脱氧核苷酸，并用线段将它们连接，并给自己的脱氧核苷酸命名。在动手过程中，让学生理解化学键是如何连接的。

③DNA的空间结构，DNA分子是由两条链组成的，并按反向平行方式盘旋成双螺旋结构；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；碱基排列内侧；两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且是：A和T配对，G和C配对。

（3）制作DNA双螺旋结构模型，明确实验的的原理、目的要求。通过动手制作让学生将所学知识进一步理解加深印象。

三、板书设计

DNA结构的“五四三二一”

五种元素：C、H、O、N、P；

四种碱基：A、T、G、C，相应的有四种脱氧核苷酸； 三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基； 两条长链：两条反向平行的脱氧核酸链； 一种螺旋：规则的双螺旋结构。

四、课堂总结及布置作业

通过本节的学习，我们要掌握DNA分子的结构及主要的特点。

完成课本P51 页的作业

第五篇：DNA分子的复制和结构教案

DNA分子的结构和复制教案 培训学校

王桂芳

一、教材分析

本节与高中生物必修第一册第一章《生命的物质基础》中的化合物和第二章及第五章中细胞分裂中DNA和染色体复制的基础知识相联系，同时也是学习高中生物必修第二册中生物的遗传和变异理论及高三选修教材第三章《遗传与基因工程》的基础。这部分内容几乎是每年高考都有所涉及的，所以复习好本节是很关键的。通过科学有效的复习不但可以理解本节知识点还可以进一步加深高三学生对其它章节相关知识点的理解和掌握，在教材中属于较难理解的一部分内容。

二、教学目标 知识目标: ①知记:DNA分子基本单位的化学组成.②理解:DNA分子的结构特点；DNA分子复制过程和复制意义.能力目标：

①使学生掌握高效率学习方法进而提高解题能力。如：比较法、类推法、示意图法。

②培养学生的求异思维、发散思维、逆向思维，以及培养学生自主学习的能力和相互合作的能力 情感目标： 在课堂上对学生的回答即时给予鼓励性的评价，激发学生学习动力，挖掘学习的潜能。

三、教学重点、难点及解决方法 教学重点及突破策略

教学重点：DNA分子的结构；DNA分子复制。突破策略：

①通过提问、阅读、讨论结合图解、练习来突出。

②采用直观教学法、提问归纳法，图文转化等教学方法让学生充分理解边解旋边复制。

教学难点及突破策略

教学难点：DNA分子的结构特点；DNA分子复制过程和复制意义 突破策略：用多媒体课件显示DNA结构模型、DNA分子复制的过程，从而让学生充分理解DNA分子的结构特点及复制的模板、原料等条件和复制的意义。

四、学情分析

所教学生基础知识不扎实、不全面，对教材不熟悉，一些细小的知识的辨识能力弱，如脱氧核苷酸，核糖核苷酸，核糖核酸，脱氧核糖核酸的使用；解旋酶，DNA聚合酶，DNA连接酶，限制性内切酶的区别等，所以，复习注重基础知识和细节的回顾。

五、教学方法

1、直观教学法：通过多媒体辅助教学软件，化静为动，化抽象为具体，增强了教学内容的直观性、启发性，使学生更好地从感性认识上升为理性认识。.2、图表归纳法：学生参与完成DNA的空间结构和DNA分子的复制等相关知识的表格，进行教学反馈。

六、课前准备

学生的学习准备：利用《全品》进行课前习题练习

教师的教前准备：分析学生的课前习题，了解学生的薄弱之处，有针对性的制做多媒体课件

七、课时安排：1课时

八、教学过程

⑴DNA分子的结构

回顾DNA分子的基本单位 展示DNA分子的结构模型图，结合课后练习让学生回顾DNA分子的结构并归纳出DNA分子的空间结构特点

据碱基互补配对原则让学生推测出DNA分子中各碱基的关系，理解DNA分子的常规计算

⑵ DNA分子的复制

回顾DNA分子复制的定义，时期，场所

展示DNA分子复制的过程图示，让学生描述过程，归纳其条件，特点，稳定性

让学生体会半保留复制的过程，引导学生解决DNA分子复制的有关计算 九．板书设计

（一）DNA分子的结构

1、基本单位——脱氧核苷酸

2、双螺旋结构的主要特点

（二）DNA分子的复制

1、概念

2、复制的时间

3、复制的过程

4、复制的条件

5、复制的特点

6、复制的意义

十、教学反思

本节课作为一节复习课主要目标是为学生理顺相关知识点，查缺补漏，通过前面的习题，反映出学生对一些基础知识的掌握不太理想，所以这节课从基础入手，结合课后习题，引导学生构建知识体系，并将学生在做业中出错率较高的知识点进行回顾和巩固。

强调学生的主体作用，通过多媒体展示图片，让学生归纳并回顾相关知识，对知识的形成过程有一个直观的印象，加深知识点的识记，理解和应用，使抽象的知识具体化。

本节课也有很多不足之处，时间也没有掌握很好，结业小结有一点仓促，在以后的教学过程中我会更加注意提高对课堂的掌控和协调能力。