第3节遗传信息的携带者──核酸
一、教学目标
1.说出核酸的种类，简述核酸的结构和功能。
2.以特定的染色剂染色，观察并区分DNA和RNA在细胞中的分布。
二、教学重点和难点
1.教学重点
核酸的结构和功能。
2.教学难点
观察DNA和RNA在细胞中的分布。
三、教学策略
本节虽然在题目中提出了遗传信息，但是对遗传信息的深入理解需要在《遗传与进化》模块完成。这节重点是让学生了解承载遗传信息的物质──核酸。因此教学的直观性非常重要。
1.利用“问题探讨”唤起学生对遗传物质的记忆，激发学习兴趣。
由于现代科学技术的发展使DNA研究成果的应用范围愈来愈广泛，学生听到、看到有关DNA应用的报道是很多的，因此，对于“DNA指纹法”在案件侦破中的作用可能略有所知。这也是学生倍感兴趣的内容。教师要给学生适当的空间进行表达交流，尽可能地让所有学生共享他们对遗传物质──核酸的认识。
2.通过实验观察，获得感性认识，解决核酸在细胞中的分布。
教材提到了“核酸存在于所有细胞中”，物质的存在具有可检测性，因此“观察DNA和RNA 在细胞中的分布”是重要的学习活动。实验材料选择了人的口腔上皮细胞，主要是考虑到取材方便。教师还可以准备常见的动植物细胞供学生观察，使他们认识到组成生物体的核酸包括DNA
和RNA。这个实验比较简单，效果也非常明显，因此教师可以指导每个小组的学生分别观察1～2种材料，通过总结归纳，得出DNA和RNA在细胞中分布的特点。
3.联想“细胞核是遗传信息库”，将抽象的语言变为直观的图解，认识核酸的结构。
在初中学习有关细胞的生活的内容时，学生已经知道细胞核内具有储存遗传信息的物质──DNA。但是受认知水平的限制，学生还不知道DNA的结构。因此在讲述核酸的结构时，要以学生已有的知识为基础，利用学生具有的化学知识，让学生看懂脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸结构图解、DNA和RNA在化学组成上的区别图解，以及核苷酸长链的特点，为《遗传与进化》模块的学习奠定基础。
四、答案和提示
（一）问题探讨
1.提示：脱氧核糖核酸。DNA是主要的遗传物质，而每个人的遗传物质都有所区别，因此DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息。
2.提示：DNA鉴定技术还可以运用在亲子鉴定上。在研究人类起源、不同类群生物的亲缘关系等方面，也可以利用DNA鉴定技术。
3.提示：需要。因为DNA鉴定只是提供了犯罪嫌疑人的遗传物质方面的信息，还需要有嫌疑人是否有作案动机、时间，是否在犯罪现场，是否有证人等其他证据。如果有人蓄意陷害某人，也完全有可能将他的头发、血液等含有DNA的物质放在现场。因此案件侦察工作应在DNA鉴定的基础上，结合其他证据确定罪犯。
（二）旁栏思考题
原核细胞的DNA位于拟核区域。
（三）练习
基础题 1.（1）√（2）√（3）√ 2.C 3.C
五、参考资料
1.核酸的发现
1868年，在德国化学家霍佩—赛勒（Hoppe Seyler）的实验室里，有一个瑞士籍的研究生，名叫米舍尔（F.Miescher, 1844—1895），他在实验室所承担的工作是研究脓血中细胞的化学成分。当时实验室附近有一家医院，常常扔出许多带脓血的绷带，脓血里有与病菌“作战”而死亡的白细胞以及其他死亡的人体细胞。米舍尔细心地用洗脱的办法将绷带上的脓血收集起来。他先用酒精把细胞中的脂肪性物质去掉，然后用猪胃黏膜的酸性提取液（一种能除掉蛋白质的胃蛋白酶粗制品）进行处理，结果发现细胞的大部分被分解了，而细胞核只是缩小了一点儿，仍然保持完整。得到细胞核后，米舍尔对组成细胞核的物质进行了化学分析，发现细胞核内含有与细胞内其他有机物明显不同的物质，这种物质的磷含量很高，远高于蛋白质，而且对蛋白酶有耐受性。米舍尔认为这是一种新物质。霍佩—赛勒当时是生物化学界的权威，治学严谨，他要在亲自做实验验证米舍尔的工作后，才允许米舍尔发表这个成果。霍佩—赛勒用酵母细胞做实验，证实了米舍尔的发现。米舍尔将他发现的新物质命名为“核素”。核素十分不稳定，提取时必须非常小心，速度要快，还得保持很低的温度。为了制备核素，米舍尔常常从清晨5∶00就开始在低温的房间里工作，这大大影响了他的健康。由于积劳成疾，他51岁就离开了人间。
霍佩—赛勒的另一个学生，德国的科塞尔（A.Kossel, 1853—1927），发现核素是蛋白质和核酸的复合物。他小心地水解核酸，得到了组成核酸的基本成分：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。确定了核酸这个生物大分子的组成之后，随之而来的问题是这些物质在大分子中的比例，它们之间是如何连接的。斯托伊德尔（H.Steudel）找到了前一个问题的答案。通过分析，他发现单糖、每种嘌呤或嘧啶碱基、磷酸的比例为1∶1∶1。限于当时的实验条件，后一个问题没有完全解决，科塞尔及其同事只是发现，如果小心地水解核酸，糖集团与含氮的基团是连在一起的。科塞尔还对核酸与蛋白质的结合方式进行了研究。他发
现有些物种的核酸与蛋白质结合比较紧密，有些则比较松散。科塞尔因其在核酸化学领域的开创性工作，荣获1910年的诺贝尔生理学或医学奖。
1911年，科塞尔的学生列文（P.A.T.Levine,1869—1940）对核酸做了进一步的研究。他证明核酸所含的糖类由5个碳原子组成，并将这种糖类命名为核糖。当时已经发现两种不同的核酸，列文找到了它们之间的区别：它们中的五碳糖不同。另一种糖类比核糖少一个氧原子，称为脱氧核糖。两种核酸也由原来的名字改为核糖核酸和脱氧核糖核酸。1934年，列文发现核酸可被分解成含有一个嘌呤、一个核糖或脱氧核糖和一个磷酸的片段，这样的组合叫核苷酸。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。列文认为这些碱基可能以一种非常简单的方法排列，如12341234等，每个数字代表一种特定的碱基。这个模型后来被称为核酸结构的四核苷酸假说。列文虽然没有获得诺贝尔奖，但他的贡献有目共睹，并将永远留在核酸化学的历史中。
弄清物质结构的最终证明是成功地合成出这种物质。核酸的结构问题很复杂，糖类和碱基都是结构比较复杂的组分，有多种连接的可能，而且还有磷酸基团的位置问题。英国生物化学家托德（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辅酶方面的贡献而获得1957年诺贝尔化学奖。
2.核酸的分离和提纯
研究核酸首先要对其进行分离和提纯。制备核酸要注意防止核酸的降解和变性，尽量保持其在生物体内的天然状态。早期研究时，由于受到方法上的限制，得到的样品往往是一些降解产物。要制备天然状态的核酸，必须在温和的条件下进行，防止过酸、过碱，避免剧烈搅拌，尤其是防止核酸酶的作用。
真核生物中的染色体DNA与组蛋白结合成核蛋白（DNP），存在于核内。DNP溶于水和浓盐溶液（如质量浓度为1 mol/L的NaCl溶液），但不溶于质量浓度为0.14 mol/L的NaCl
