科学家访谈　探索生物大分子的奥秘教学实录

教学内容及时间

教师行为

“在第二章我们学习了组成细胞的元素和化合物，

大家想一想，如果现在我把蛋白质、核酸等这些组成细胞的化合物混合在一起，能够形成一个细胞吗？

带着这个问题我们来看一下在第一章学过的细胞模式图。从模式图中我们能看到一个个蛋白质、核酸分子吗？那我们能看到的什么？从模式图上我们看到的是一个个细胞的结构，如细胞膜、细胞质、细胞核等。所以组成细胞的化合物必须通过形成各种细胞结构进而形成细胞。因此在第三章，我们就来学习细胞的基本结构。”

“在开始本章学习之前我先问大家一个常识性问

题。一个国家的领土是由什么划分的？国界规定了国家的领土范围，将我们国与其他国家区分开，所以我们说国界是国家的边界。

国界是人为划出来的虚拟的边界，而生活中还有很多实际存在的边界。比如学校或教室的围墙，教室的围墙划分出教室的范围，区分我们班和隔壁班，所以围墙是学校和教室的边界。还有人的皮肤和粘膜把人和外界的环境分开，也是一种边界。 那细胞，作为一种系统也是有边界的，细胞的边界就是我们这节课要学习的细胞结构--细胞膜。”

学生活动

教学意图

根据第一、二章所学知识对细胞的构成进行讨论，引出第三章的学习内容

导入

(5’) 通过举例生活中的边界提问：“细胞有没有边界？”，引出对细胞膜的学习：

“要研究细胞膜，我们就要先获得细胞膜，那怎么去获得细胞膜呢？细胞膜包裹着细胞质和细胞核，这就好比一个皮球里面装有一些其他的东西，那写在怎么去获得皮球的这层皮呢？（或装着东西的塑料袋）

对了，戳破这个球。但是，细胞是我们肉眼看不到的，所以如果用针去戳的话，很容易把细胞膜戳烂。我们可以用另一种方法，还记得上节课讲到的这幅图吗？上节课我们说到，用0.09%的低浓度的NaCl溶液处理细制备细胞胞，细胞会怎样啊？吸水胀破。那如果我用蒸馏水，浓膜的方法度更低，是不是胀破得更快呢？对了，所以制备细胞膜（15’）

的原理就是细胞在蒸馏水中，吸水胀破，内容物流出，这种现象又称为渗透作用。（课本、板书）”

提供四种细胞给学生选择，引出实验所用细胞：“确定了实验原理后，就应该选择实验材料了。上面给出四种细胞，大家想一想应该选用哪种细胞？

高等植物细胞可不可以？为什么？因为有细胞壁，我们可以看到细胞壁和细胞膜紧贴在一起，很难分离，而且细胞壁可以阻止细胞吸水胀破。那细菌可不可以？细菌也有细胞壁。剩下的是高等动物细胞和哺乳类比皮球（塑料袋），引导学生猜想获得细胞膜的方法：

动物成熟红细胞，要选哪一种呢？我们可以看到，高等动物细胞里器细胞核和有各种细胞，细胞核、细胞器的膜会和细胞膜混在一起，难以分离。所以我们选择人或哺乳动物成熟红细胞。因为它没有细胞核和各种细胞器，而且红细胞是动物细胞，没有细胞壁。（课本、补充、板书）

人或哺乳动物成熟红细胞没有细胞核和细胞器呢？大家想一想红细胞有什么功能？运输氧气。哺乳动物红细胞刚产生时是有细胞核和细胞器的，但在成熟过程中，细胞核和细胞器逐渐退化，排除细胞外，为的就是给能运输氧气的血红蛋白提供空间，以便更好地运输氧气。

现在我想问一问大家，如果用鸡的成熟红细胞可不可以？不可以。因为鸡不是哺乳动物，是鸟类，成熟红细胞还是有细胞核和细胞器。

那如果是用成熟的哺乳动物红细胞可不可以？虽然写起来差不多，但是，是不可以的。这里‘成熟的’是用来形容‘哺乳动物’。而哺乳动物的红细胞不停地经历着产生、成熟、衰老凋亡的过程的，也就是说哺乳动物的血液是不停地在再生的，所以我们才能共无偿献血。所以，成熟的哺乳动物也有未成熟的红细胞，这样写是不行的。”

视频播放实验操作，强调主要实验试剂的作用：“确定了实验原理和材料，下面我们通过视频来看一下实验过程。（提问生理盐水的作用，指出未胀破红细胞）

先停一下，接下来要加入蒸馏水了，这一步称为引流。引流就是在盖玻片的一端滴加蒸馏水，然后在另一端用吸水纸洗，吸引蒸馏水进入盖玻片。我们来看一下。（指出各步操作，提醒吸水纸不要靠得太用力）

我们可以看到，实验结果中，透明的为没胀破的红细胞，黑色的就是胀破了的红细胞流出内容物后留下的细胞膜。医学上也把这写黑点称为血影。

我们来回忆一下，首先，实验中生理盐水的作用是什么？稀释血液。血细胞太多了我们要稀释一下，但如果用水稀释的话，细胞会胀破，所以用生理盐水。那蒸馏水的作用是什么？是细胞吸水胀破（提问‘核酸分布实验’蒸馏水的作用）。还有一种试剂课本里面没提到，那就是柠檬酸钠，我们在区血液样本的时候要往血液里面加入柠檬酸钠，目的是防止血液凝固。

”

细胞中的回顾“组成细胞的化合物表”引出对另一类无机物无机盐—无机盐的学习：“学习类细胞中的水，我们来学习细（18’）

胞中另一类无机物—无机盐。”

具体学习单糖，提问学生列举单糖的例子，讲解单

糖的分布、功能及特点：“单糖有葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖。

葡萄糖存在于所有细胞，是细胞的主要能源物质，

‘生命的燃料’。那如果我这样问，人的主要能源物质是什么啊？糖类。这里要区分好，说到人主要能源物质，要想到糖类，说到细胞主要能源物质，要想到葡萄糖。

果糖和半乳糖也能提供能源，但不是细胞能量的主要来源。果糖只存在于植物中，水果的含量较多，半乳糖，只存在于动物中，动物和人的乳汁中含量较多。

核糖和脱氧核糖我们很熟悉了，它们参与什么的组成啊？核糖参与核糖核苷酸的组成，脱氧核糖参与脱氧核糖核苷酸的组成。核酸在所有细胞中都有，所以它们存在于所有细胞。

回忆一下，在上节课我们把核糖和脱氧核糖统称为什么啊？五碳糖。称为五碳糖是因为这两种糖含有五个碳（画图，标号）。那我们看一下葡萄糖的分子式，含有多少个碳啊？六个，所以可以称含有六个碳的糖为六碳糖。果糖和半乳糖也含有六个碳，所以葡萄糖、果糖、半乳糖都为六碳糖。

最后还要了解，所有的单糖都具有还原性。” 具体学习二糖，提问学生列举二糖的例子、分布，

讲解二糖分布、功能、特点、组成：“二糖有蔗糖、麦芽糖、乳糖。

先来看蔗糖，蔗糖是生活中最常见的二糖，比如白糖、红糖、冰糖。蔗糖分布于植物，比如甘蔗、甜菜等。大家有没有见过甜菜啊？我也没见过。为什么呢？因为甜菜是北方的经济作物，北方制糖用甜菜，南方制糖用甘蔗。下面是乳糖，分布于动物，与半乳糖一样，在人和动物的乳汁中含量较多。二糖的功能也是提供能量，但要先水解为单糖。另外要注意的是，除了蔗糖，其他二糖都具有还原性糖。所以，糖类中，蔗糖和多糖是没有还原性的，其他都有还原性，这点要记住。

我们学习了三种二糖，那这三种二糖是如何形成的呢？。（看书）展示了不同的二糖是如何形成的。我们可以看到二糖的不同是由于组成的二糖的单糖不同。（提问）”

具体学习多糖，提问学生列举多糖的例子、分布，讲解二糖功能、特点、组成：“多糖有淀粉、糖原和纤维素。

淀粉存在于植物中，比如我们常见的玉米、小麦、水稻的种子和马铃薯、甘薯、山药的变态茎和根等，另外有些种子淀粉含量也比较高，比如我们吃的板栗还有白果。淀粉不溶于水。它是绿色植物光合作用产生的产物。光合作用就是将光能转化为植物体内的化学能，所

细胞中的糖类

(20’)

以淀粉的最用就是能储存能量（光合作用后面会学到）。

动物也有储存能量的糖类，那就是糖原。分布在肝脏的糖原称为肝糖原，分布在肌肉的称为肌糖原。肝糖原除了存储能量，还能参与血糖的调节。比如没吃早餐的时候，没有摄入营养物质，体内的血糖就会过低，供给细胞的糖类就不足，这时候肝糖原就会分解为葡萄糖，进入血液，运输到细胞供细胞利用，防止我们挂掉。

还有一类比较特殊的多糖，纤维素。它既不储能，也不供能，它的功能是细胞壁的组成成分具有支持和保护细胞的功能，它也不溶于水。比如棉，像平时我们见到的棉线，是不是有韧性啊？

同样是多糖，但功能却天差地别，这是为什么呢？原因就在于多糖空间结构不同（看图）。”

讲解糖类的转化：“学习多糖的时候我们提到了”

“学习了脱氧核糖核苷酸，那构成RNA的核糖核苷酸是怎样的呢？两者有什么异同呢”

将注意力由“脱氧核糖核苷酸”转移至“核糖核苷酸”，并对两者的异同产生思考

在教师的指引下对核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸的结构进行比较，并对，核糖核苷酸进行学习

在教师的指引下对核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸的结构进行比较，并对，核糖核苷酸进行学习

对提出的问题进行思考

将学生注意力由“脱氧核糖核苷酸”转移至“核糖核苷酸”

展示两种核苷酸的结构图，通过对比两者不同对核糖核苷酸进行介绍：“核糖核苷酸的结构和脱氧核糖核苷酸基本相同，都是由一分子的含氮碱基、一分子五碳糖和一分子的磷酸组成。不同之处在于构成脱氧核糖核苷酸的五碳糖比构成核糖核苷酸的少了一个氧原子，这也可以解释脱氧核苷酸的命名”

“另一个不同之处在于构成核糖核苷酸的碱基。构成核糖核苷酸的碱基也有四种，其中三种和脱氧核糖核苷酸一样，分别是腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶”

通过对比对核糖核苷酸结构进行教学，节约教学实践，突出“核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸结构的不同之处”这一教学重点

通过对比对核糖核苷酸结构进行教学，突出“核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸结构的不同之处”教学重点

延伸、巩固已学知识

让学生做课堂习题，延伸、巩固已学知识：“下面给大家三分钟的时间思考下面两道题。组成核酸的碱基和核苷酸分别有多少种？组成核酸的碱基和核苷酸分别有多少种？”

请一位学生回答第一个问题，并对问题答案进行解

析：“我们仔细观察一下核苷酸的结构简式就可以发现，简式中含有哪些元素啊，C、H、O、P。是不是只有这些元素了呢，不是的，组成核苷酸的碱基是含氮碱基，还含有氮元素”

请一位学生回答第而个问题，并对问题答案进行解析：“刚才我们学到，核苷酸包括脱氧核糖核苷酸和核

糖核苷酸，而组成脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸的碱基各有四种，因而也产生了四种脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸，所以，组成核酸的核苷酸有8种。而在这八种核苷酸所含的碱基中，我们可以发现组成脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸的碱基有三种是相同的，只有一种是特有的，这三种相同的碱基是，腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶，脱氧核糖核苷酸特有的是胸腺嘧啶，核糖核酸特有的是尿嘧啶，所以组成核酸的碱基有5种”

回忆核酸与蛋白质的对比，由蛋白质结构的形成，引出核酸结构的形成的疑问：“现在我们回到核酸与蛋白质的比较，学了组成核酸的基本单位核苷酸后，我们会想到，那核苷酸是怎样构成核酸的呢？”回答问题，引出下一个学习内容：“其实，核酸的形成也和蛋白质相似，核酸是由核苷酸连接而成的长链形成的。”

讲解核苷酸之间的连接“我们知道氨基酸是通过形成肽键相互连接形成肽链的。核苷酸也类似，它是通过形成一种叫‘磷酸二酯键’的化学键连接起来的。

核酸的结构和多样性（3’）

讲解核酸的空间结构“而且核酸也是具有空间结构的，DNA由两条脱氧核苷酸链构成，RNA有一条核糖核苷酸链构成。”

将注意力由“核酸的基本组成单位”转移至“核酸的结构”，并对“核酸的结构、成分”产生思考

将学生注意力由“核酸的的分布”移至“核酸的结构”

讲解核酸的多样性“学完了核酸的如何构成，我们来分

析一下核酸的多样性。蛋白质的多样性有四个方面：氨基酸的数量、氨基酸的种类、肽链的数量、蛋白质的空间结构。类似的我们可以猜测核酸也就是DNA/RNA的多样性也可以包括这几个方面：核苷酸的数量、核苷酸的种类、核苷酸链的数量、核酸的空间结构。不过我们刚才提到，核苷酸链的数量和空间结构是相对固定，所以DNA/RNA的多样性只有两个方面：核苷酸的数量的和种类。核苷酸如果数量不限，在连成长链时，其排列顺序是极其多样化的。这种多样性使核酸能够贮存大量、不同的遗传信息”

总结核苷酸结构：“现在我们进行一个小结，核酸

非为脱氧核糖核酸和核糖核酸两类。脱氧核糖核酸由脱氧核糖核苷酸构成。核糖核酸由核糖核苷酸构成。脱氧核糖核苷酸则由一分子磷酸一分子五碳糖一分子含氮碱基构成，其中含氮碱基有四种，分别是A、G、C、T。知识小结

核糖核酸也是由一分子磷酸一分子五碳糖一分子含氮碱基构成，含氮碱基也有四种，分别是A、G、C、U。脱氧核糖核苷酸与核糖核酸的不同之处在于构成脱氧核糖核苷酸的五碳糖为脱氧核糖，构成核糖核苷酸的为核糖，脱氧核糖核苷酸有胸腺嘧啶而没有尿嘧啶，核糖核苷酸有尿嘧啶而没有胸腺嘧啶。”

对所学知识进行巩固

核酸的分布

(16’) 通过提问引出“核酸的分布”：“现在请大家判断下面两句话对不对：‘所有的生物都具有DNA和RNA。所有生物的遗传物质都是DNA。’这两句话都是错的。”

待学生回答后引出知识点：“所有具有细胞结构的生物都同时具有DNA和RNA，但是不具有细胞结构的病毒，它只含有DNA和RNA中的一种。含DNA的称为DNA病毒，如噬菌体等大多数病毒。含RNA的称为RNA病毒，以RNA为遗传物质，如HIV、SARS、烟草花叶病毒等少数病毒。所以，不是所有生物都有DNA和RNA。

对于生物的遗传物质，我们可以总结为‘只要有DNA存在，遗传物质就是DNA’。有细胞结构的生物同时具有DNA和RNA，其遗传物质就为DNA，以此类推，只具有DNA的病毒的遗传物质为？只具有RNA的病毒的遗传物质为？所以，也不是所有生物的遗传物质都为DNA。

另外，还有一种病毒，及不含DNA也不含RNA，这种病毒叫朊病毒，它的遗传物质是蛋白质。有没有听说过疯牛病啊，疯牛病就是朊病毒引起的。不过在高中阶段我们一般只认为病毒的遗传物质为核酸。

知道了核酸存在于所有的细胞中，下面我们通过一个实验，来了解一下核酸在细胞中的分布。” 讲解“观察核酸在细胞中分布”实验的原理、材料，并播放实验视频：

“这个实验的原理就是利用两种试剂对DNA和RNA的亲和力不同，甲基绿使DNA呈现绿色，吡罗红使RNA呈现红色。这里提到的亲和力，是指两种物质的结合能力。实验使用的材料是人的口腔上皮细胞。下面我们通过一段视频，了解一下实验的大致操作。”

现在我们来分析一下实验操作：“首先是取口腔上皮细胞制片。在洁净载玻片上滴一滴质量分数为0.9%的NaCl溶液，在前面我们已经学过装片的制作，那时我们说在载波片上滴加的是清水，那为什么这里要用0.9% NaCl溶液呢？这里同学们要注意一下。0.9% NaCl溶液的浓度与细胞质浓度相当，是一种等渗溶液，能维持细胞的正常形态，如果滴加的是清水的话，细胞会吸水胀破，无法观察。关于这部分内容，我们在后面会详细的学***家在这里只要记住0.9% NaCl溶液的作用就是维持细胞处于正常的形态。

下一步是用牙签在积极口腔内侧壁轻刮几下，让后在载玻片的液滴上涂抹几下，这里提到的漱口是要避免口腔内食物的残渣干扰试验观察，轻刮是为了防止刮破上皮，取得其他细胞。

接着是点燃酒精灯，将载玻片烘干，这一步是为了固定细胞，，防止细胞在水解、冲洗过程中被冲走。而且进过这一步之后，细胞都会死亡，所以这个实验观察思考并回答较适合提问，将学习注意力转移至“核酸在细胞中的分布”

将学生学习注意力转移至“核酸在细胞中的分布”，拓展学生知识面。

通过视频让学生对实验有大致了解，提高学生学习兴趣。

核酸的分布

(16’)

的是死细胞。

第二步是水解，水解时我们要加入8%的盐酸，它的作用课本中有，是能够改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞，是染色体中的DNA与蛋白质分离，有利于DNA与染色剂结合。大家把它划起来。

第三步是冲洗涂片，这里用到蒸馏水冲洗是冲走、稀释盐酸，防止解离过度，破坏核酸。

最后是染色和观察。从实验结果我们可以看到，细胞细胞核被染成绿色而细胞质染成红色，所以这也就证明了DNA主要分布在细胞核而RNA主要分布在细胞质。”

拓展核酸分布知识，强调染色剂的混合使用：

尝试回答教“细心的同学可能会留意到，实验得出的结论和课师提问。

本实验原理那里讲的有点不同。少了‘主要’两个字。

为什么课本要加上‘主要’两个字呢？其实，DNA除了分布在细胞核外，在细胞质中也分布有DNA，但含量很少，入真核细胞细胞质中，有一种叫线粒体和一种叫叶绿体的结构含有DNA，原核细胞的细胞质中也含有一种叫质粒的DNA结构。同样的，也有少量的RNA分布在细胞核中。所以DNA主要分布在细胞核，RNA主要分布在细胞质。

现在大家思考这样一个问题，实验中甲基绿和吡罗红两种试剂可不可以单独使用？我可不可以用甲基绿来单独观察DNA分布在细胞核，用吡罗红观察RNA分布在细胞质中呢？（让学生尝试回答）答案是不行。为什么呢？（让学生尝试回答）对了，单独使用会使整个细胞都染满颜色。所以做这个实验时要两种染料同时使用，这样分布多的物质，其颜料的颜色就可以盖过分布少的。”

总结全课结合板书总结全课，习题训练

（1’）