2019 年“课程思政”示范课程典型优秀案例四:探寻生命的密码——从核酸电泳到 DNA分子的元素解析

作者: 来源: 发布日期:2020-12-22 浏览次数:

案例概述

本案例以核酸电泳方式的介绍和结果的分析入手,分析DNA的基本结构和元素组成,比较蛋白质和DNA的元素组成差异,并引出问题:核酸分子中是否含有硫元素?让同学们理解科学知识不是一成不变的,而是一个发展的过程。在此基础上,介绍邓子新院士关于 DNA的磷硫酰化修饰系列成果。结合学科发展,以老一辈科学家为楷模,培养学生刻苦钻研、锐意进取的科学家精神。通过本案例的学习,将使学生对于核酸的基本组成成分和相关学科进展有所了解,并进行科学精神的熏陶和科学素养的培养。

一、教学目标

(一)课程教学目标

基础生物化学是研究生命体的物质构成及运动变化的学课,是生命科学及相关领域的重要基础学科。本课程是农学、园艺、植保、葡萄酒、食品等相关专业的一门重要专业基础课。本课程通过教学,帮助学生理解和掌握生物化学有关基本概念、理论;帮助学生理解生物化学经典实验的原理和方法;培养学生正确认识复杂生命现象的化学本质和规律,为创新思维能力以及综合素质培养奠定基础。

本节通过对核酸基本结构及元素组成的解析,使学生对于核酸的基本组成成分和相关学课进展有所了解。

(二)思政育人目标

1.设计思路

本案例通过对核酸基本元素组成的分析和介绍,让同学们理解科学知识不是一成不变的,而是一个发展的过程,进一步感受科学家精神。

2.思政育人目标

本案例结合学科发展,以老一辈科学家为楷模,培养学生刻苦钻研、锐意进取的精神。

3.育人主题

科学精神的熏陶和科学素养的培养

二、教学实施过程

在基础生物化学核酸的结构与功能教学中,结合课程内容和学科发展,讲述我校生命学院学术院长——邓子新院士在DNA分子中磷的硫酰化修饰研究中的事迹(结合相关PPT),让同学们理解科学知识不是一成不变的,而是一个发展的过程,进一步感受科学家精神。

1. 课程导入

学过生化的人都知道蛋白质分子中一般含有S,其中的S与甲硫氨酸和半胱氨酸残基有关。那么,核酸分子中也有S吗?

2. 教学过程

对于这个问题,显然需要将RNA和DNA区分对待。

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图1.  2-硫尿苷(左)与尿苷

事实上,RNA分子主要是一些tRNA早已经被发现有硫,其中的硫与一种修饰的碱基-硫尿嘧啶(thiouracil)(图1)有关。该修饰碱基是tRNA转录后加工的产物,其功能主要是调节翻译过程中密码子与反密码子的相互作用以及充当被特定氨酰-tRNA合成酶识别的标示。

至于DNA分子中有没有硫,实际上早在2007年,我国科学家邓子新院士与英国和美国科学家合作, 在变铅青链霉菌( Streptomyces lividans )的DNA主链上而不是在碱基上, 发现了一种与硫有关的天然的化学修饰——磷硫酰化(phosphorothioate)修饰(图2)。这种修饰是DNA复制后加工的产物,现与被发现普遍存在于多种原核生物包括细菌和古菌体内的DNA分子之中。但迄今为止,还没有在任何真核生物的DNA分子中发现这种化学修饰。

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图2. DNA的磷硫酰化修饰

在这种化学修饰中,由S原子取代了DNA主链骨架上非桥联O原子,具有序列特异性和空间构象专一性的特点。该修饰的功能是构成原核生物的另一套限制修饰系统,用于对入侵噬菌体的防御:如果外来入侵的噬菌体DNA没有这种修饰,宿主细胞的酶会将其切成碎片,而自身的DNA由于事先被“修饰”而得到保护。除了此项功能以外,该修饰还发现使DNA 具有抗氧化的功效。

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3. 思政教育

在教学过程中涉及了中国人引以为傲的人工结晶牛胰岛素科研结果,重点介绍了DNA分子中磷的硫酰化研究。强调严谨、严肃、严格、严密作风的重要性。希望同学们认真学习、勤于钻研,善于思考、勇于质疑;要一丝不苟、精益求精;要持之以恒、要有不怕挫折、克服困难、接受失败再前行的毅力和勇气,养成严谨求实的学术精神和科学家精神。

三、教学效果

(一)案例开展的意义和价值

《基础生物化学》是研究生命活动基本规律的科学,是多个学院、多个学科重要的基础课程。在高等农业院校课程设置中历来倍受重视。在这样一门全校性的专业基础课中贯穿好素质教育,将对农林院校的素质教育工作起到积极的推动作用。而且,将生物化学内容与思政育人目标结合,在教学中引证我国科学家在近现代科学中的贡献,对于培养学生民族自尊心和自信心具有重要意义和价值。

(二) 主要成效和特色

邓子新院士为西北农林科技大学生命科学学院学术院长,本案例选取邓院士团队科研事迹,真实感人。以身边的的事件进行育人教育,效果良好。通过上述思政学习,能引导大学生、感动大学生,使学生激情澎湃,深受感染和教育,并培养他们勤奋学习,刻苦钻研的学习精神。

四、案例反思

本案例涉及到了我国著名科学家邓子新院士团队。在教学要加强了解和关心学科进展,不断提高自身科研素养。把科学家精神融入专业基础课教学中,使学生在潜移默化中接受和领会。真正做到教学相长。



编辑:房春红

终审:姜在民