簡易DNA分子模型的制作和應用

DNA是生物體的主要遺傳物質，DNA結構的闡明標志著分子生物學的到來，它的雙螺旋結構具有特殊的美感。教師在教學中引導學生制作DNA模型，可以取得事半功倍的效果。DNA模型的制備方法有多種，但是有的并不簡單，成本也高，難以在課堂教學中實現。現介紹一種簡易的可在課堂中完成的DNA模型的制作方法，此模型還可用于DNA復制等過程的模擬。

1.DNA分子模型的制作

1.1脫氧核苷酸長鏈的制作

將脫氧核苷酸打印在硬紙上（如圖1A），筆者用廢棄的機讀卡打印，效果較好。布置學生課前將脫氧核苷酸剪下備用。“DNA分子的結構”一節教學中，教師介紹完DNA的基本單位脫氧核苷酸后即可引導學生動手制作脫氧核苷酸長鏈，可用透明膠帶或膠水將脫氧核苷酸以紙條（代表3'-5'磷酸二酯鍵）相連形成長鏈（如圖1B）。

1.2DNA分子平面結構的制作

學生兩人（同桌）一組，其中一人將自己制作的脫氧核苷酸長鏈隨機地寫上堿基排列順序，教師引導學生思考兩人制作的脫氧核苷酸長鏈將如何排布，內外側的分子分別是什么。排好后小組討論另一人的脫氧核苷酸長鏈上堿基該如何排列。用透明膠帶或膠水將兩條脫氧核苷酸長鏈以畫有虛線的紙條（代表氫鍵）相連（如圖1C）。

1.3嘗試進行DNA立體結構的制作

教師可布置學生課后將制作的DNA平面結構黏貼在已經螺旋化的電導線或鉛絲上，嘗試制作DNA分子的雙螺旋結構。

2.利用模型模擬DNA復制過程

在“DNA的復制”一節教學中，教師可以利用學生制作的DNA分子模型模擬DNA分子復制的過程。

2.1解旋

將DNA分子模型的兩條脫氧核苷酸長鏈間的紙條撕開，代表解旋的過程，讓學生體會氫鍵的斷裂（如圖2B）。

2.2子鏈合成

將圖1A中的脫氧核苷酸打上陰影（與母鏈中的脫氧核苷酸相區別），打印、剪下后作為復制的原料，引導學生完成子鏈的合成，體會堿基互補配對原則和酶的作用（如圖2B）。

2.3復制前后親代和子代DNA的比較

制作完兩個子代DNA分子后，教師引導學生觀察子代DNA分子兩條兩條脫氧核苷酸長鏈顏色的異同（如圖2C），體會DNA分子半保留復制的特點；比較子代DNA分子之間、子代DNA分子與親代DNA分子間堿基排列順序是否相同，討論DNA精確復制的原因，體會DNA復制的意義。

3.討論

3.1在課堂教學中讓學生獲得直接經驗

教科書上的知識往往是間接經驗，教師利用此簡易的DNA模型的制作方法，可以實現在課堂教學中讓學生獲得直接經驗。學生通過DNA模型的制作，真切地體會到脫氧核苷酸怎樣以3'-5'磷酸二酯鍵連成長鏈、兩條脫氧核苷酸長鏈如何反向平行、堿基如何通過氫鍵互補配對、復制時如何解旋、如何形成子鏈等等過程，讓學生對所學內容形成深刻的印象。

3.2在討論思考中激發學生的學習興趣

小組合作制作模型過程中，通過教師的引導可以讓學生思考討論許多問題，如同桌間一位同學隨機地寫出一條鏈的堿基排列順序，討論另一條鏈能否隨機地寫，從而讓學生體會到堿基互補配對原則。再如，讓學生思考全班制作的DNA堿基排列順序是否一致，從而體會什么是遺傳信息及DNA分子的多樣性和特異性。

3.3拓展

利用學生制作的DNA分子模型還可以模擬轉錄的過程，模擬過程與DNA復制過程基本相同，教師可要求學生區別轉錄與復制條件的異同，還可以引導學生說出制作的mRNA如果翻譯則對應的氨基酸序列是什么，讓學生體會基因表達時遺傳信息的傳遞過程。