[發明專利]用于模擬中學生物教學中DNA二級結構的方法及其裝置

在審

• 申請號: 201710094286.8
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106652707A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 樊郁蘭
• 申請（專利權）人: 樊郁蘭
• 主分類號: G09B23/26
• 分類號: G09B23/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及中學生物教學領域，具體為用于模擬中學生物教學中DNA二級結構的方法及其裝置。

背景技術

20世紀30年代，人們認識到DNA（Deoxyribonucleic Acid，脫氧核糖核酸）是由許多脫氧核苷酸聚合而成的生物大分子，脫氧核苷酸包括脫氧核糖、堿基和磷酸，組成DNA分子的脫氧核苷酸有四種，每一種有一個特定的堿基。英國科學家格里菲斯（F.Griffith）以及美國科學家艾弗里（O.Avery）先后進行的肺炎雙球菌的轉化實驗證實DNA是使R型細菌產生穩定變化的物質。

1949年，奧地利的生物化學家查哥夫（Erwin Chargaff）應用紙層析和紫外分光光度計，對不同生物來源的DNA之堿基進行了定量測量，發現在所測定的每一種生物的DNA分子上，腺嘌呤（A）和鳥嘌呤（G）的含量分別等于胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C），并且DNA的堿基組成具有物種特異性但是沒有組織和器官的特異性，并且，生物體的年齡、營養狀況和環境等因素不會影響DNA的堿基組成。

1952年，蔡斯（M.Chase）和赫爾希(A.Hershey)以噬菌體為實驗材料，利用放射性同位素標記的方法完成的噬菌體浸染細菌實驗，證實了DNA是主要的遺傳物質。

1953年，美國生物學家沃森（J.D.Watson）和英國物理學家克里克（F.H.C.Crack）在英國《自然》雜志發表論文（J.D.Watson, F.H.C.Crack. Molecular Structure Of Nucleic Acids:A Structure For Deoxyribose Nucleic Acid [J]. Nature, 1953, (171): 737-738），提出DNA分子的雙螺旋結構模型，其主要特點為:(1) DNA分子由兩條反向平行的多聚脫氧核苷酸鏈組成，兩條鏈相互纏繞形成右手雙螺旋；（2）DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替鏈接，排在外側構成基本骨架，堿基排列在內側，組成右手螺旋的兩條鏈的堿基序列上是互補的，兩條鏈上的堿基對組成沃森-克里克堿基對，即一條鏈上的A總是和另一條鏈上的T，且G總是和C配對，AT堿基對之間有2個氫鍵，GC堿基對之間有3個氫鍵；（3）堿基對位于雙螺旋的內部，并垂直于螺旋軸，堿基對之間通過疏水鍵和范德華力相互堆疊在一起，穩定雙螺旋結構；（4）每個堿基對上面的兩個糖苷鍵之間的夾角不是180°，而是120°的小角或者240°的大角，導致DNA分子的雙螺旋表面含有寬度為2.2 nm的大溝和寬度為1.2 nm的小溝；（5）相鄰堿基對之間的距離為0.34 nm，形成夾角36°，DNA分子雙螺旋的半徑為1 nm，螺距為3.4 nm，每一圈完整的螺旋含有10個堿基對。

DNA的一級結構是指構成DNA的多聚脫氧核糖核苷酸鏈上的所有脫氧核糖核苷酸或者堿基的排列順序，其意義在于，生物體的遺傳信息是儲存在由4種核苷酸編碼的特定序列中，而與其高級結構無關。DNA的二級結構主要指DNA的右旋雙螺旋結構。

在中學生物教學中DNA分子結構的知識的學習，主要目的是從分子水平闡述生命的延續性，學習DNA分子結構的知識對于學生理解生命的延續和發展，認識生物界以及生物多樣性，形成生物進化的觀點，樹立正確的自然觀有重要意義；同時，DNA分子的結構的知識對學生形成生命觀念、理性思維和科學探究等生物學核心素養以及生物學核心概念均具有重要意義。

在生物教學過程中，實物或者模型具有真實感和立體感，應作為首選的課程資源，可以達到事半功倍的效果。模型可以將復雜知識簡單化，將抽象的知識形象化，將無法直接操作或觀察的實驗或者生物對象變得可以觀察，可以操作，可以展示。

由于DNA分子的尺度過小，需要電子顯微鏡才能夠看到，對于中學生物教學來說很困難。現有教學方法一般是通過觀看靜態圖片或者制作實物模型來學習，由于DNA分子的二級結構是右手雙螺旋，其空間結構不易想像，通過看靜態圖片容易照成認知錯誤。