资源简介

4.3　核酸
【学习目标】
1.了解脱氧核糖核酸、核糖核酸的结构特点,能辨识核酸中的磷酯键,能基于氢键分析碱基的配对原则。培养“宏观辨识与微观探析”的核心素养。
2.了解核酸的生物功能,能说明核酸对于生命遗传的意义,培养“科学探究和社会责任”的核心素养。
【自主预习】
一、核酸的组成
1.分类:核酸分为　　　　和　　　　,绝大多数生物体的遗传物质是　　　　。
2.组成
(1)核酸是一种生物大分子,是由许多　　　　单体形成的聚合物。
(2)核苷酸水解得到　　　　和　　　　,核苷水解得到戊糖和　　　　,其中戊糖有脱氧核糖和核糖,在核酸中以环状结构的形式存在。
(3)碱基的名称(符号)和结构简式
①腺嘌呤(A):
②鸟嘌呤(G):
③胞嘧啶(C):
④胸腺嘧啶(T):
⑤尿嘧啶(U):
3.定义:核酸可以看作　　　　、戊糖和　　　　通过一定方式结合而成的生物大分子。
4.两种核酸中的碱基(具有碱性的杂环有机化合物)
(1)RNA中的碱基主要有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)四种。
(2)DNA中的碱基主要有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)四种。
5.核酸的合成与水解
6.腺苷三磷酸(ATP)
(1)形成:腺嘌呤核苷中的核糖的羟基与磷酸反应,可形成磷酸酯(AMP)、二磷酸酯(ADP)及三磷酸酯(ATP)。
(2)ATP中的特殊键
磷酸与核糖之间通过磷酯键连接,磷酸与磷酸之间形成磷酸酐键。
(3)ATP水解过程中的能量变化
ATPADP
二、核酸的结构
1.DNA分子的双螺旋结构特点
(1)DNA分子由两条多聚核苷酸链组成,两条链平行盘绕,形成双螺旋结构。
(2)每条链中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,碱基排列在内侧。
(3)两条链上的碱基通过　　　　作用,腺嘌呤(A)与　　　　　　　　配对,鸟嘌呤(G)与　　　　配对,结合成　　　　,遵循碱基互补配对原则。
2.RNA分子的结构特点
RNA也是以　　　　为基本构成单位,其中的戊糖和碱基与DNA中的不同,核糖替代了脱氧核糖,尿嘧啶(U)替代了胸腺嘧啶(T)。RNA分子一般呈　　　　结构,比DNA分子小得多。
三、核酸的生物功能
1.基因:有一定碱基排列顺序的　　　　含有特定的遗传信息,称为基因。
2.生物功能
(1)DNA分子的复制
亲代DNA分子的两条链解开后作为母链模板,在酶的作用下,利用游离的核苷酸各自合成一段与母链互补的子链。最后形成两个与亲代DNA完全相同的子代DNA分子,使核酸携带的遗传信息通过DNA复制被精确地传递给下一代,通过控制蛋白质的合成来影响生物体的性状。
(2)RNA的生物功能
RNA参与遗传信息的　　　　过程。
3.中国在核酸的研究中的贡献
(1)1981年,人工合成了具有生物活性的核酸分子——酵母丙氨酸转移核糖核酸。
(2)1999年,参与了人类基因组计划。
(3)2002年,完成了水稻基因组图谱的绘制。
【答案】
一、1.脱氧核糖核酸(DNA)　核糖核酸(RNA)　脱氧核糖核酸(DNA)
2.(1)核苷酸　(2)磷酸　核苷　碱基
3.磷酸　碱基
二、1.(3)氢键　胸腺嘧啶(T)　胞嘧啶(C)　碱基对
2.核苷酸　单链状
三、1.DNA片段　2.传递
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)核酸由C、H、O、N四种元素组成。 (　　)
(2)核酸是生物体内具有遗传功能的大分子化合物。 (　　)
(3)核酸是细胞内生命物质的主要成分之一。 (　　)
(4)核酸是由碱基、脱氧核糖和磷酸组成的。 (　　)
(5)核酸是由核苷酸聚合而成的大分子化合物。 (　　)
(6)核酸包括脱氧核酸和核糖核苷酸。 (　　)
(7)组成核酸的基本单位是脱氧核苷酸。 (　　)
(8)DNA存在于细胞核和细胞质中。 (　　)
(9)不同DNA中的戊糖相同。 (　　)
(10)判断核酸种类可依据戊糖或碱基的种类。 (　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×(7)×　(8)√　(9)√　(10)√
【解析】(1)核酸由C、H、O、N、P五种元素组成。(3)细胞内生命物质主要是蛋白质与核酸,正确。(4)DNA是由碱基、脱氧核糖和磷酸组成,错误。(6)核酸包括脱氧核糖核酸和核糖核酸,错误。(7)组成核酸的基本单位是核苷酸,核苷酸包括脱氧核苷酸和核糖核苷酸,错误。(8)DNA主要存在于细胞核中,在线粒体和叶绿体中也有少量分布,正确。(9)所有DNA中的戊糖都是脱氧核糖,正确。(10)构成DNA与RNA的核苷酸除了戊糖不同外,碱基也不完全相同,所以判断核酸种类可依据戊糖或碱基的种类,正确。
2.脱氧核糖、脱氧核苷酸、脱氧核糖核酸之间有什么区别
【答案】脱氧核糖核酸简称DNA,是分子结构复杂的有机化合物。脱氧核苷酸是脱氧核糖核酸的基本组成单位。脱氧核糖是戊糖,以环状结构存在于核酸中,结构为。
3.DNA初步水解和最终水解的产物分别是什么
【答案】DNA初步水解产物为4种脱氧核糖核苷酸,彻底水解后有6种产物,脱氧核糖、磷酸、4种碱基。
【合作探究】
任务1　核酸的组成
情境导入　病毒感染人体后,首先会在呼吸道系统中进行繁殖,因此可以通过检测痰液、鼻咽拭子判断人体是否感染病毒。核酸检测阳性可以作为病毒感染确诊的标准之一。
问题生成
1.什么是核酸
【答案】核酸是由许多核苷酸单体形成的聚合物。核苷酸进一步水解得到磷酸和核苷,核苷继续水解得到戊糖和碱基。因此,核酸可以看作磷酸、戊糖和碱基通过一定方式结合而成的生物大分子。
2.细胞生物的遗传物质是DNA还是RNA
【答案】DNA。
3.组成DNA分子基本骨架的化学元素包括哪些
【答案】C、H、O、P。组成DNA分子基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替连接而构成的,含有C、H、O、P,不含N。
【核心归纳】
DNA与RNA的比较
种类 DNA(脱氧核糖核酸) RNA(核糖核酸)
组成 成分 戊糖 脱氧核糖 核糖
磷酸 -
碱基 A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)
T(胸腺嘧啶) U(尿嘧啶)
基本单位 脱氧核苷酸(4种) 核糖核苷酸(4种)
结构 一般呈规则的双螺旋结构 常呈单链结构
分布 主要分布在细胞核内的染色体上,在线粒体和叶绿体中也有分布 主要分布在细胞质中
功能 能进行复制、转录过程,从而实现遗传信息的传递 mRNA能指导翻译过程,把遗传信息从mRNA传递到蛋白质中;rRNA主要参与核糖体的构建;tRNA主要转运氨基酸进入核糖体
【典型例题】
【例1】核酸是细胞内携带遗传信息的物质,下列关于DNA与RNA的叙述中正确的是(　　)。
A.在细胞内存在的主要部位相同
B.所含的戊糖不同
C.核苷酸之间的连接方式不同
D.所含的碱基相同
【答案】B
【解析】DNA主要分布在细胞核中,而RNA主要分布在细胞质中,A项错误;构成DNA的戊糖是脱氧核糖,构成RNA的戊糖是核糖,B项正确;核苷酸之间的连接方式相同,都是通过磷酸二酯键相连,C项错误;构成DNA和RNA的碱基不完全相同,前者是A、C、G、T,后者是A、C、G、U,D项错误。
【例2】一条核苷酸链(部分)如图所示,请结合该图回答以下问题。
(1)DNA大多是由　　　　条　　　　链构成的,RNA通常是由　　　条　　　链构成的。
(2)若该图为脱氧核苷酸链,则从碱基组成上看,还应有的碱基是　　　　(用字母表示);图中①是　　　　　,②是　　　　　　　,③是　　　　　,④是　　　　　　　　　　。
(3)若该图为核糖核苷酸链,则从碱基组成上看,还应有的碱基是　　　　　　(用字母表示)。图中②是　　　　　　,④是　　　　　　　　　　。
【答案】(1)两　脱氧核苷酸　一　核糖核苷酸
(2)T　磷酸　脱氧核糖　腺嘌呤　鸟嘌呤脱氧核苷酸
(3)U　核糖　鸟嘌呤核糖核苷酸
任务2　核酸的结构及生物功能
情境导入　
在现代刑侦领域中,DNA指纹技术发挥着越来越重要的作用。刑侦人员将从案发现场得到的血液、头发等样品中提取的DNA,与犯罪嫌疑人的DNA进行比对,就有可能为案件的侦破提供证据。那什么是DNA呢 为什么DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息
问题生成
1.DNA分子是什么结构 分子中的脱氧核糖、碱基在哪部分
【答案】双螺旋结构。脱氧核糖在双螺旋结构的外侧,碱基在内侧。
2.DNA分子中的碱基通过什么作用形成双链 碱基如何配对
【答案】通过氢键作用形成双链。A与T配对,G与C配对。
3.DNA分子中的碱基的定量关系有哪些
【答案】腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)的数目相等;鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)的数目相等。
4.DNA分子的双螺旋结构有哪些特点
【答案】DNA分子的双螺旋结构具有以下特点:DNA分子由两条多聚核苷酸链组成,两条链平行盘绕,形成双螺旋结构;每条链中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,碱基排列在内侧;两条链上的碱基通过氢键作用,腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)配对,鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)配对,结合成碱基对,遵循碱基互补配对原则。
【核心归纳】
1.DNA的结构
DNA分子为双螺旋结构,脱氧核糖、磷酸排列在外侧,碱基通过氢键形成碱基对排列在内侧。
2.碱基互补配对原则
(1)在DNA分子中,A与T配对,G与C配对;在某些双链RNA分子中,A与U配对,G与C配对。
(2)定量关系
①DNA分子中:A=T,G=C即A+G=T+C。也就是DNA分子中嘌呤总数=嘧啶总数。
②DNA分子中:两个互补配对的碱基之和的比值与该DNA分子中每一单链中之一比值相等。
==
③不同生物的DNA分子中,不同。
【典型例题】
【例3】下列说法正确的是(　　)。
A.叶肉细胞中碱基、核苷酸、戊糖种类分别是5种、8种和2种
B.大肠杆菌细胞中含有碱基A、T、G、C的核苷酸共4种
C.组成核酸的基本单位是核糖核苷酸
D.DNA与RNA的不同点只在于戊糖和碱基的不同
【答案】A
【解析】叶肉细胞中碱基、核苷酸、戊糖种类分别是5种、8种和2种,A项正确;大肠杆菌细胞中既含有DNA,又含有RNA,故含有碱基A、T、G、C的核苷酸共7种,B项错误;组成核酸的基本单位是核苷酸,C项错误;DNA与RNA的不同点除了戊糖和碱基的不同外,还有结构的不同,DNA一般是双链,RNA一般是单链,D项错误。
【例4】生物体内遗传信息携带者的组成如图1所示,其中a代表几种元素,b、c、d、e、f代表不同的物质,图2表示的分子结构式为某种核苷酸,请回答下列问题:
(1)生物体内遗传信息的携带者是图1中的[　　](填英文字母)　　　　(填文字)。图2所示的核苷酸是构成　　　　(填“DNA”或“RNA”)的原料。
(2)图1中,已知1分子的e是由1分子[b]磷酸、1分子[c]戊糖、1分子[d]　　　　　　　通过脱水缩合而成的,e在人体内共有　　　　种。
(3)图1中,人体细胞内的遗传物质f彻底水解后的产物有　　　　种。
(4)生物具有多样性,其根本原因是核酸的　　　　　　　　　　　　具有多样性。
【答案】(1)f　核酸　RNA
(2)碱基　8
(3)6
(4)碱基(核苷酸)排列顺序
【解析】图1为细胞内遗传信息携带者(核酸)的组成示意图,据图分析可知,a表示C、H、O、N、P,b、c、d分别表示1分子磷酸、1分子戊糖、1分子碱基,e表示核苷酸,f表示核酸(DNA或RNA);图2表示的分子结构式为某种核苷酸,其中的戊糖是核糖、碱基是腺嘌呤,因此该核苷酸为腺嘌呤核糖核苷酸,是构成RNA(核糖核酸)的原料。(3)图1中,人体细胞内的遗传物质f彻底水解后的产物有6种,包括4种碱基,1种磷酸,1种脱氧核糖。(4)生物具有多样性,其根本原因是核酸的碱基(核苷酸)排列顺序具有多样性。
【随堂检测】
1.下列关于有机物水解的说法不正确的是(　　)。
A.蛋白质水解的最终产物为氨基酸
B.淀粉的最终水解产物为葡萄糖
C.核酸的最终水解产物为戊糖和碱基
D.核苷酸的最终水解产物为戊糖、碱基和磷酸
【答案】C
【解析】核酸的最终水解产物有戊糖、碱基和磷酸,C项错误。
2.下列缩合产物不正确的是(　　)。
A.氨基酸缩合产物为多肽
B.核苷酸缩合产物为核酸
C.戊糖与碱基的缩合产物为核苷酸
D.核苷与磷酸的缩合产物为核苷酸
【答案】C
【解析】戊糖与碱基的缩合产物为核苷,不是核苷酸,C项错误。
3.DNA指纹法在案件侦破工作中有着重要作用,从案发现场提取DNA样品,可为案件侦破提供证据,其中的生物学原理是(　　)。
A.不同人体内的DNA所含的脱氧核苷酸排列顺序不同
B.不同人体内的DNA所含的五碳糖和磷酸不同
C.不同人体内的DNA所含的碱基种类不同
D.不同人体内的DNA的空间结构不同
【答案】A
【解析】遗传信息储藏在碱基对的排列顺序中,也就是所含的脱氧核苷酸的排列顺序,DNA指纹可为案件侦破提供证据的原理是人与人之间的遗传信息不同,故A项正确。
4.核酸的基本组成单位——核苷酸如图所示,下列相关说法正确的是(　　)。
A.②在一种病毒中有2种
B.③在生物体中共有8种
C.在人体遗传物质中③有4种
D.若③为A,则该核苷酸一定是腺嘌呤核糖核苷酸
【答案】C
【解析】②为戊糖,在一种病毒中只有一种,即脱氧核糖或核糖,A项错误;③为碱基,在生物体中共有5种,即A、C、G、T、U,B项错误;人体的遗传物质是DNA,其中含有4种碱基,即A、C、G、T,C项正确;若③为A,则该核苷酸可能是腺嘌呤核糖核苷酸,也可能是腺嘌呤脱氧核苷酸,D项错误。
5.核酸检测为确认病毒感染提供了关键的支持性证据。某核糖核酸(RNA)的结构片断示意图如下,它在酶的催化作用下能完全水解生成戊糖、碱基和某酸。下列说法不正确的是(　　)。
A.酶能加快该核糖核酸的水解速率
B.该核糖核酸水解生成的戊糖能溶于水
C.该核糖核酸水解生成的碱基中含有氮元素
D.该核糖核酸完全水解生成的酸是H3PO3
【答案】D
【解析】酶是该核糖核酸水解反应的催化剂,能降低反应的活化能,加快该核糖核酸的水解速率,A项正确;该核糖核酸水解生成的戊糖分子中含有亲水基羟基和醛基,能溶于水,B项正确;由结构片断可知,该核糖核酸水解生成的碱基中含有氮元素,C项正确;由结构片断可知,该核糖核酸是由磷酸、戊糖和碱基发生缩聚反应生成的,则该核糖核酸完全水解生成的酸是磷酸(H3PO4),D项错误。
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