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第三节 核酸
第四章　生物大分子
核酸的结构及生物功能
2
核酸的组成和分类
1
本节重点
本节难点
生物所特有的生长和繁殖机能以及遗传与变异的特征都是核蛋白起着主要作用，其由蛋白质和核酸所组成。
不会飞的刺猬
不会行走的石斑
不会游泳的老鹰
蛋白质是生物体用以表达各项功能的工具，而核酸是生物用来制造蛋白质的模型，没有核酸就没有蛋白质。
2021年国内首例癌症患者被治愈，CAR-T疗法一针120万
CAR-T疗法
CAR-T疗法的全称是嵌合抗原受体T细胞疗法，用基因工程技术，把一个含有能识别肿瘤细胞且激活T细胞的嵌合抗原受体的病毒载体转入T细胞，即把T细胞改造成CAR-T细胞。
核酸的组成和分类
核酸的分类
天然的核酸根据其组成中所含戊糖的不同，分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)
科学家是如何如何测定核酸分子的结构呢
1965年，美国康奈尔大学的生化学家罗伯特·霍利采用类似蛋白质测序“化整为零”的方法(通过化学反应使共价键断裂，将其分解成较小片段，然后通过分析产物来推测大分子的组成和结构)，耗时7年(3年分离RNA，4年测序)测定了一条只有77个碱基的酵母转运RNA序列，这算得上第一个被测定序列的核酸分子。
核酸的组成和分类
探究一：RNA的一级结构
核
酸
核
苷
酸
核苷
酶
水解
酶
水解
磷酸
苷是糖苷的简称，是单糖或寡糖的羟基与另一个化合物的羟基或氨基等脱水缩合，形成糖苷键而得到的一类有机化合物
核酸水解产物
核酸的组成和分类
探究一：RNA的一级结构
核
酸
核
苷
酸
磷酸
核苷
酶
水解
酶
水解
酶
水解
脱氧核糖
核糖
苷是糖苷的简称，是单糖或寡糖的羟基与另一个化合物的羟基或氨基等脱水缩合，形成糖苷键而得到的一类有机化合物
核酸水解产物
戊糖
核酸的组成和分类
探究一：RNA的一级结构
腺嘌呤(A)
鸟嘌呤(G)
胞嘧啶(C)
胸腺嘧啶(T)
尿嘧啶(U)
核酸水解产物
核
酸
核
苷
酸
磷酸
核苷
戊糖
核糖
脱氧核糖
碱基
酶
水解
酶
水解
酶
水解
碱基
戊糖
磷酸
戊糖
碱基
【例1】腺嘌呤核苷和腺嘌呤核苷酸是生产核酸类药物的中间体，请在以下结构简式中找出戊糖、碱基和磷酸所对应的部分
O
OH
OH
H
H
H
CH2OH
H
N
N
N
NH2
N
O
OH
OH
H
H
H
CH2
H
N
N
N
NH2
N
O
HO
OH
O
P
腺嘌呤核苷
腺嘌呤核苷酸
合成多聚核苷酸链
核酸的组成和分类
探究一：RNA的一级结构
碱基与戊糖缩合形成核苷，核苷与磷酸缩合形成了组成核酸的基本单元——核苷酸，核苷酸缩合聚合可以得到核酸
缩合
缩合
缩合聚合
戊糖
核苷
核苷酸
核酸
碱基
磷酸
水解
水解
水解
磷脂键
糖苷键
合成多聚核苷酸链
核酸的组成和分类
探究一：RNA的一级结构
缩合
脱水
OH
HO
OH
O
P
缩合
脱水
腺嘌呤核糖核苷酸
合成多聚核苷酸链
核酸的组成和分类
探究一：RNA的一级结构
鸟嘌呤核糖核苷酸
胞嘧啶核糖核苷酸
尿嘧啶核糖核苷酸
磷脂键
合成多聚核苷酸链
核酸的组成和分类
探究一：RNA的一级结构
胞嘧啶
核糖核苷酸
腺嘌呤
核糖核苷酸
缩聚
脱水
多聚核糖核苷酸链
碱基配对的本质
核酸的组成和分类
探究二：RNA的二级结构
酵母丙氨酸转移核糖核酸中：腺嘌呤(A)与尿嘧啶(U) 配对
鸟嘌呤(G) 与胞嘧啶(C) 配对
思考：从结构的角度分析碱基配对的本质
碱基配对的本质
核酸的组成和分类
探究二：RNA的二级结构
N
N
O
H
O
H
N
N
N
N
N
H
H
H
腺嘌呤(A)
尿嘧啶(U)
N
N
N
O
N
H
N
H
H
H
N
N
N
H
O
H
H
鸟嘌呤(G)
胞嘧啶(C)
氢键
碱基配对的本质
核酸的组成和分类
探究二：RNA的二级结构
酵母丙氨酸转移核糖核酸中：腺嘌呤(A)与尿嘧啶(U) 配对
鸟嘌呤(G) 与胞嘧啶(C) 配对
氢键
核酸的组成和分类
探究二：RNA的二级结构
RNA也是以核苷酸为基本构成单位，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分子一般呈单链状结构，比DNA 分子小得多
已知：DNA由磷酸、脱氧核糖、腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶组成，根据RNA分子的形成过程，分析：形成腺嘌呤脱氧核糖核苷酸的过程
O
OH
H
OH
H
H
H
CH2OH
H
OH
HO
OH
O
P
N
N
N
NH2
N
H
N
N
N
O
N
H
NH2
H
N
N
NH2
H
O
N
N
O
H
O
H3C
H
腺嘌呤(A)
鸟嘌呤(G)
胞嘧啶(C)
胸腺嘧啶(T)
磷酸
脱氧核糖
分析脱氧核糖核苷酸的形成过程
核酸的组成和分类
探究三：探究DNA的结构
糖苷键
缩合
脱水
缩合
脱水
磷脂键
腺嘌呤脱氧核糖核苷酸
脱氧核糖核苷酸之间相互作用最终形成DNA分子，分析：DNA分子的结构吗
磷酸
脱氧
核糖核酸
胞嘧啶
鸟嘌呤
腺嘌呤
胸腺嘧啶
氢键
DNA 分子的双螺旋结构具有以下特点
核酸的组成和分类
探究三：探究DNA的结构
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
核酸的组成和分类
归纳总结
核酸是由核苷酸单体形成的聚合物，是生物体遗传信息的载体
核
酸
核
苷
酸
磷酸
核苷
RNA
单链状结构
DNA
双螺旋结构
形成磷酯键
戊糖
碱基
氢键作用
多聚核苷酸链
碱基互补配对原则
水解
缩合聚合
水解
缩合
水解
缩合
缩合
聚合
DNA分子对应于蛋白质中的____________
核苷酸对应于蛋白质中的___________
磷酯键对应于蛋白质中的_________
蛋白质分子
氨基酸
肽键
【例1】DNA分子的多聚核苷酸链中，核苷酸之间通过磷酯键连接。请类比：蛋白质的结构，指出 DNA 分子、 核苷酸和磷酯键分别对应蛋白质的哪些部分。
核酸是生物体遗传信息的载体。有一定碱基排列顺序的DNA片段含有特定的遗传信息，被称为基因
核酸的生物功能
核酸的生物功能
细胞增殖过程中，会发生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
1981年，我国科学家采用有机合成与酶促合成相结合的方法，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
人工合成核酸的意义
我国在核酸的研究中取得的成绩
1999 年，我国参与了人类基因组计划，成为参与该项计划的唯一发展中国家
2002年，我国科学家完成了水稻基因组图谱的绘制
基因治疗
许多遗传性疾病发生的原因是由于患者细胞内脱氧核糖核酸上的遗传密码(基因)发生错误，因此，通过基因工程技术,把健康人的正常基因移植到患者细胞内，来取代或者矫正患者所缺陷的基因，以达到根治遗传性疾病的方法，称为基因疗法。
1．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。下列不属于核酸组成元素的是
A．碳
B．氧
C．硫
D．磷
【答案】C
【详解】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，根据结合的物质分析得到核酸中含有C、H、O、N、P等元素，不含有硫；
2．下列有关核酸的叙述中错误的是
A．生物体内具有有遗传功能的大分子化合物
B．核酸包括 DNA和RNA
C．由含氮碱基、脱氧核糖和磷酸组成
D．核酸为生命之源
【答案】C
【解析】核酸包括 DNA和RNA，DNA由含氮碱基、脱氧核糖和磷酸组成，RNA由含氮碱基、核糖和磷酸组成，不能说核酸由含氮碱基、脱氧核糖和磷酸组成。
3．下列物质中属于生物大分子的是
A．核苷酸
B．硬脂酸甘油酯
C．人工结晶牛胰岛素
D．聚乳酸
【答案】C
【分析】生物大分子是指由许多单体组成的多聚体，如蛋白质、多糖和核酸等。
【详解】A．核苷酸是组成核酸的单体，不是生物大分子，A错误；
B．.硬脂酸甘油酯是脂肪，不是生物大分子，B错误；
C．人工结晶牛胰岛素是蛋白质，是生物大分子，C正确；
D．聚乳酸是人工合成的，不是生物大分子，D错误；
4．脱氧核糖核酸(DNA)分子的局部结构示意图如下，它是由脱氧核糖、磷酸及碱基形成脱氧核糖核苷酸后，脱氧核糖核苷酸聚合成脱氧核糖核苷酸链进而形成的。
下列说法不正确的是
A．磷酸与脱氧核糖分子通过醚键结合
B．碱基分子在形成脱氧核糖核苷酸时均断N-H键
C．脱氧核糖、磷酸、碱基通过分子间脱水形成脱氧核糖核苷酸
D．碱基G与C、A与T互补配对原则的原因是氢键数目最多、结构最稳定
【答案】A
【详解】A．由图可知，磷酸与脱氧核糖分子通过磷酸酯键结合在一起的，A错误；
B．由图可知，碱基和脱氧核糖核苷酸是紧密相连的，它们之间通过N-糖苷键连接，则碱基分子在形成脱氧核糖核苷酸时均断N-H键，B正确；
C．碱基与脱氧核糖通过脱水缩合形成核苷，核苷分子中五碳糖上的羟基与磷酸脱水，通过磷酯键结合形成核苷酸，C正确；
D．碱基之间形成的氢键数目越多，结构越稳定，故碱基G与C、A与T互补配对原则的原因是氢键数目最多、结构最稳定，D正确；
故选A。
5．下图为DNA分子的局部结构示意图。下列说法不正确的是
A．DNA是一种生物大分子，分子中四种碱基均含N—H键
B．脱氧核糖分子、磷酸分子、碱基可通过脱水形成脱氧核糖核苷酸分子
C．-NH2氮原子能提供孤电子对与H+的空轨道形成配位键，因此能与酸反应
D．图中虚线表示碱基互补配对(A和T、C和G)时形成的化学键
【答案】C
【详解】
A．生物大分子是指生物体细胞内存在的蛋白质、核酸、多糖等大分子，DNA是一种生物大分子，分子中四种碱基均含N—H键，A正确；
B．脱氧核糖分子、磷酸分子、碱基可通过脱水形成脱氧核糖核苷酸分子，B正确；
C．-NH2氮原子能提供孤电子对与H+的空轨道形成配位键，但并不是能与酸反应，C错误；
D．由图可知虚线表示碱基互补配对(A和T、C和G)时形成的化学键，D正确；
比较
第三节 核酸
组成
结构
分类
组成
DNA的结构
RNA的结构
形成
功能
生物体遗传信息的载体
DNA作用：决定生物体一系列性状
RNA作用：传递、翻译和表达DNA所携带的遗传信息
THANKS

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