簡(jiǎn)易DNA分子模型的制作和應(yīng)用

DNA是生物體的主要遺傳物質(zhì)，DNA結(jié)構(gòu)的闡明標(biāo)志著分子生物學(xué)的到來(lái)，它的雙螺旋結(jié)構(gòu)具有特殊的美感。教師在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)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(jiǎn)單，成本也高，難以在課堂教學(xué)中實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)介紹一種簡(jiǎn)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(fù)制等過(guò)程的模擬。

1.DNA分子模型的制作

1.1脫氧核苷酸長(zhǎng)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(jī)讀卡打印，效果較好。布置學(xué)生課前將脫氧核苷酸剪下備用。“DNA分子的結(jié)構(gòu)”一節(jié)教學(xué)中，教師介紹完DNA的基本單位脫氧核苷酸后即可引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手制作脫氧核苷酸長(zhǎng)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(zhǎng)鏈（如圖1B）。

1.2DNA分子平面結(jié)構(gòu)的制作

學(xué)生兩人（同桌）一組，其中一人將自己制作的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈隨機(jī)地寫(xiě)上堿基排列順序，教師引導(dǎo)學(xué)生思考兩人制作的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈將如何排布，內(nèi)外側(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)鏈以畫(huà)有虛線的紙條（代表氫鍵）相連（如圖1C）。

1.3嘗試進(jìn)行DNA立體結(jié)構(gòu)的制作

教師可布置學(xué)生課后將制作的DNA平面結(jié)構(gòu)黏貼在已經(jīng)螺旋化的電導(dǎo)線或鉛絲上，嘗試制作DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)。

2.利用模型模擬DNA復(fù)制過(guò)程

在“DNA的復(fù)制”一節(jié)教學(xué)中，教師可以利用學(xué)生制作的DNA分子模型模擬DNA分子復(fù)制的過(guò)程。

2.1解旋

將DNA分子模型的兩條脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈間的紙條撕開(kāi)，代表解旋的過(guò)程，讓學(xué)生體會(huì)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(qū)別），打印、剪下后作為復(fù)制的原料，引導(dǎo)學(xué)生完成子鏈的合成，體會(huì)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則和酶的作用（如圖2B）。

2.3復(fù)制前后親代和子代DNA的比較

制作完兩個(gè)子代DNA分子后，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察子代DNA分子兩條兩條脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈顏色的異同（如圖2C），體會(huì)DNA分子半保留復(fù)制的特點(diǎn)；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(fù)制的原因，體會(huì)DNA復(fù)制的意義。

3.討論

3.1在課堂教學(xué)中讓學(xué)生獲得直接經(jīng)驗(yàn)

教科書(shū)上的知識(shí)往往是間接經(jīng)驗(yàn)，教師利用此簡(jiǎn)易的DNA模型的制作方法，可以實(shí)現(xiàn)在課堂教學(xué)中讓學(xué)生獲得直接經(jīng)驗(yàn)。學(xué)生通過(guò)DNA模型的制作，真切地體會(huì)到脫氧核苷酸怎樣以3'-5'磷酸二酯鍵連成長(zhǎng)鏈、兩條脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈如何反向平行、堿基如何通過(guò)氫鍵互補(bǔ)配對(duì)、復(fù)制時(shí)如何解旋、如何形成子鏈等等過(guò)程，讓學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容形成深刻的印象。

3.2在討論思考中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

小組合作制作模型過(guò)程中，通過(guò)教師的引導(dǎo)可以讓學(xué)生思考討論許多問(wèn)題，如同桌間一位同學(xué)隨機(jī)地寫(xiě)出一條鏈的堿基排列順序，討論另一條鏈能否隨機(jī)地寫(xiě)，從而讓學(xué)生體會(huì)到堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。再如，讓學(xué)生思考全班制作的DNA堿基排列順序是否一致，從而體會(huì)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(xué)生制作的DNA分子模型還可以模擬轉(zhuǎn)錄的過(guò)程，模擬過(guò)程與DNA復(fù)制過(guò)程基本相同，教師可要求學(xué)生區(qū)別轉(zhuǎn)錄與復(fù)制條件的異同，還可以引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出制作的mRNA如果翻譯則對(duì)應(yīng)的氨基酸序列是什么，讓學(xué)生體會(huì)基因表達(dá)時(shí)遺傳信息的傳遞過(guò)程。