第三节 核酸
课标定向 凡事预则立
1.了解脱氧核糖核酸、核糖核酸的结构特点和生物功能。(宏观辨识与微观探析)
2.能辨识核糖核酸、脱氧核糖核酸中的磷酯键,能基于氢键分析碱基的配对原理。(宏观辨识与微观探析)
3.能说明核糖核酸、脱氧核糖核酸对于生命遗传的意义。(科学态度与社会责任)
1.核酸的组成
(1)分类:天然的核酸根据其组成中所含戊糖的不同,分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。
(2)组成
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。
②核酸的水解和生成
(3)碱基的种类
核酸种类 DNA RNA
碱基 相同 腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)
不同 胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶(U)
[思考]DNA和RNA含有相同的戊糖,含有的碱基不同,该说法正确吗
提示:不正确。DNA和RNA含有的戊糖分别为脱氧核糖、核糖。
2.核酸的结构
[思考]类比蛋白质的结构,指出核苷酸和磷酯键分别对应于蛋白质中的哪些部分
提示:核苷酸相当于蛋白质结构中的氨基酸,磷酯键相当于蛋白质结构中的肽键。
3.核酸的生物功能
核酸是生物体遗传信息的载体。
(1)基因:有一定碱基排列顺序的DNA片段含有特定的遗传信息。
(2)DNA和RNA在遗传中的作用
①DNA分子上有许多基因,决定了生物体的一系列性状,在细胞增殖分裂过程中,会发生DNA分子的复制。
②RNA参与遗传信息的传递过程。
4.核酸研究的成果和意义
(1)我国核酸研究的成果
①1981年,我国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。
②1999年,我国作为唯一的发展中国家,参与了人类基因组计划。
③2002年,我国科学家完成了水稻基因组图谱的绘制。
(2)核酸研究的意义
【质疑辨析】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”,并分析原因。
(1)核酸由 C、H、O、N 四种元素组成。(×)
提示:核酸是由C、H、O、N、P五种元素组成的。
(2)核酸根据组成中碱基的不同,分为DNA和RNA。(×)
提示:核酸根据组成中戊糖的不同,分为DNA和RNA。
(3)核酸的初步水解产物是碱基、戊糖、磷酸。(×)
提示:核酸的最终水解产物是碱基、戊糖、磷酸。
(4)核酸、核苷酸都是生物大分子。(×)
提示:核酸属于生物大分子,核苷酸是核酸的基本结构单位,不属于生物大分子。
(5)生物的遗传物质都是DNA。(×)
提示:少数生物的遗传物质是RNA。
探究任务:核酸的组成、结构和性质
【导学探究】
[情境]2024年3月15日Science 期刊发表了研究论文,北京大学胡家志团队解析哺乳动物DNA复制叉的空间结构。该研究建立了首个检测DNA复制叉附近染色质相互作用的方法。该研究为DNA复制领域铺平了道路。
DNA是生物的遗传物质,与RNA共同参与遗传信息的传递与复制。
探究点一:核酸的组成与结构
(1)核酸、核苷酸、核苷三者之间有什么联系
提示:核酸是由核苷酸缩合聚合形成,核苷酸由核苷以及磷酸缩合形成,包括核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两类,核苷由碱基和戊糖缩合形成。
(2)如图为脱氧核糖核苷酸与核糖核苷酸的结构示意图。
①结合图分析说明核酸三个组成部分的元素组成是怎样的 并进一步归纳出组成核酸的元素种类。
提示:a.磷酸含有H、O、P三种元素;b.脱氧核糖、核糖含有C、H、O三种元素;c.腺嘌呤等含氮碱基含有C、H、N三种元素。综上所述,核酸是由C、H、O、N、P五种元素组成的。
②由图可知,戊糖有几种 二者在分子结构上有什么不同
提示:戊糖分为脱氧核糖和核糖两种;脱氧核糖分子比核糖分子少一个氧原子。
③核酸分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),判断一核酸分子是DNA还是RNA有哪些方法
提示:a.依据其中含有戊糖的种类判断。若该核酸分子含有脱氧核糖,则一定是DNA分子;若含有核糖,则是RNA分子。
b.依据碱基种类判断。该核酸分子若含有碱基T,则一定是DNA;若含有碱基U,则一定是RNA。
探究点二:核酸的性质
DNA初步水解和彻底水解的产物分别是什么
提示:DNA初步水解的产物是四种脱氧核苷酸(腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸)。彻底水解的产物是脱氧核糖、磷酸和四种碱基(腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶)。
【归纳总结】
1.核酸的形成过程
2.核酸的分类
核
酸
A:腺嘌呤;G:鸟嘌呤;C:胞嘧啶;U:尿嘧啶;T:胸腺嘧啶。
3.核酸的性质
(1)酸性:核酸具有酸性,故而得名。
(2)水解:
核酸核苷酸磷酸+核苷;
核苷戊糖+碱基。
【针对训练】
1.如图为DNA和RNA化学成分的比较概念图,图中阴影部分表示( )
A.脱氧核糖、鸟嘌呤、腺嘌呤、磷酸
B.胸腺嘧啶、腺嘌呤、胞嘧啶、磷酸
C.核糖、脱氧核糖、鸟嘌呤、磷酸
D.胞嘧啶、鸟嘌呤、腺嘌呤、磷酸
【解析】选D。分析题图可知阴影部分是DNA和RNA共同含有的,脱氧核糖只有DNA含有,RNA含有的是核糖,A、C错误。胸腺嘧啶是DNA中特有的碱基,B错误。胞嘧啶、鸟嘌呤、腺嘌呤和磷酸是DNA和RNA共同含有的,D正确。
2.核酸检测是确认病毒种类的有效手段。如图1是脱氧核糖核酸(DNA)的结构片段,它的碱基中胞嘧啶的结构如图2,下列说法正确的是( )
A.脱氧核糖核酸中含有的化学键都是不同原子形成的极性共价键
B.2-脱氧核糖(C5H10O4)与葡萄糖属于同系物,都能发生银镜反应
C.胞嘧啶分子式为C4H5N3O,含有的官能团是氨基和肽键
D.脱氧核糖核酸由磷酸、2-脱氧核糖和碱基通过一定方式结合而成
【解析】选D。根据脱氧核糖核酸结构可知,其中含有的化学键既有不同原子形成的极性共价键,也有C原子之间形成的非极性共价键,A错误;2-脱氧核糖(C5H10O4)无醛基,不能发生银镜反应,B错误;胞嘧啶分子式为C4H5N3O,含有的官能团是酰氨基、碳碳双键及氨基,C错误;图示为脱氧核糖核酸结构片段,由其结构判断可知脱氧核糖核酸由磷酸、2-脱氧核糖和碱基通过一定方式结合而成,D正确。
[拓展思考](1)DNA水解得到的最终产物有哪些
提示:脱氧核糖、磷酸、碱基(腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶)。
(2)若将题目中的DNA改为RNA,是否具有遗传功能
提示:少数生物体的遗传物质为RNA。
【补偿训练】
1.(2024·保山高二检测)构成DNA分子的4种脱氧核糖核苷酸的不同取决于( )
A.戊糖的不同
B.碱基的种类
C.磷酸分子的多少
D.碱基对的排列顺序
【解析】选B。核酸根据戊糖的不同分为DNA和RNA,DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸,根据碱基不同,脱氧核糖核苷酸可分为4种。故构成DNA分子的4种脱氧核糖核苷酸的不同取决于碱基的种类。
2.某核糖核酸(RNA)的结构片段示意图如下,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.核酸也可能通过人工合成的方法得到
B.酶是有机化合物,催化活性与温度有关
C.该核酸水解生成的碱基中含有氮元素
D.该核酸完全水解生成的酸是H3PO3
【解析】选D。采用有机合成反应或酶促合成反应可进行核酸大分子的合成,A正确;酶的本质是有机物,绝大多数是蛋白质,极少数是RNA,RNA也是有机物,酶催化活性与温度有关,B正确;碱基是形成核苷的含氮化合物,所以该核酸水解生成的碱基中含有氮元素,C正确;从图中可分析,该核酸完全水解生成的酸是H3PO4,D错误。
1.对生物体的遗传性、变异性和蛋白质的生物合成具有重要作用的物质是( )
A.氨基酸 B.葡萄糖
C.核酸 D.核苷酸
【解析】选C。氨基酸是构成蛋白质的基本成分,无法承载遗传物质,A错误;葡萄糖是单糖,无法承载遗传物质,B错误;核酸是遗传信息的载体,可以控制蛋白质的生物合成,C正确;核苷酸是核酸的单体,核苷酸的种类和排列顺序不同构成不同的核酸,遗传信息就通过不同的排列传递,D错误。
2.下列有关叙述正确的是( )
A.DNA的螺旋结构由脱氧核糖和磷酸交替排列构成基本骨架,每个脱氧核糖上均连着一个磷酸和一个碱基,破坏某蛋白质的螺旋结构一定不影响其功能
B.核酸分子的多样性取决于核酸中核苷酸的种类、数量和排列顺序,其指挥控制着蛋白质的合成、细胞的分裂
C.生物体遗传信息的载体DNA大量存在于细胞核中,DNA分子复制前首先将双链解开,该过程可视为化学变化
D.RNA不参与遗传信息的传递和表达
【解析】选B。DNA的螺旋结构中,基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替排列构成的,每个脱氧核糖连着两个磷酸和一个碱基,蛋白质的螺旋结构是空间结构,破坏某蛋白质的螺旋结构可能会影响其功能,A项错误;核酸分子的多样性取决于核酸中核苷酸的种类、数量和排列顺序,其指挥控制着蛋白质的合成、细胞的分裂,B项正确;DNA大量存在于细胞核中,是生物体遗传信息的载体,DNA分子复制前将双链解开的过程中没有新物质产生,因此可视为物理变化,C项错误;RNA参与遗传信息的传递和表达过程,D项错误。
【补偿训练】DNA与RNA完全水解后产物的特点是( )
A.部分碱基相同,戊糖相同
B.部分碱基不同,戊糖不同
C.碱基相同,戊糖不同
D.碱基不同,戊糖相同
【解析】选B。DNA完全水解的产物是脱氧核糖、磷酸和碱基,RNA完全水解的产物是核糖、磷酸和碱基,部分碱基不同,戊糖不同。
3.(2024·开封高二检测)冠状病毒(如图)由蛋白质和核酸组成,核酸由核苷酸组成。核苷酸的单体由戊糖、磷酸和碱基构成。下列说法错误的是( )
A.核酸是由C、H、O、N、P等元素组成的小分子有机物
B.NaClO溶液用作消毒剂,是因为NaClO能使病毒蛋白变性
C.蛋白质的一级结构与氨基酸的排列顺序有关
D.所有DNA分子中,腺嘌呤与胸腺嘧啶分子数相等,鸟嘌呤与胞嘧啶的分子数相等
【解析】选A。核酸是由C、H、O、N、P等元素组成的生物大分子,A错误;NaClO溶液用作消毒剂,是因为NaClO具有强氧化性,能使病毒蛋白变性,B正确;蛋白质分子中氨基酸单体的排列顺序是蛋白质的一级结构,C正确;碱基按腺嘌呤与胸腺嘧啶、鸟嘌呤与胞嘧啶互补配对,即腺嘌呤与胸腺嘧啶数目相等、鸟嘌呤与胞嘧啶分子数相等,D正确。
4.物质M的结构简式如图所示,下列关于M的叙述正确的是( )
A.M是一种核苷酸
B.M中的碱基为嘧啶
C.该化合物能发生水解反应
D.M发生缩聚反应可以生成核酸
【解析】选C。M是一种核苷,A错误;M中的碱基为嘌呤,B错误;M是核苷,可以水解生成戊糖和碱基,C正确;核酸是核苷酸缩聚得到的,M没有磷酸基,不能发生缩聚反应,D错误。
5.请仔细观察下图,回答下列问题。
(1)该图表示的物质名称为 ,是构成 的基本单元。根据碱基的不同,该物质主要分为 种,若碱基为A,则此基本单元的全称是 。
(2)若把图中虚线框内的氧原子去掉,则其名称应为 ,是构成 的基本单元,组成该物质的主要碱基有 。若碱基为A,则此基本单元的全称是_____________________________。
【解析】(1)由核糖、磷酸、碱基通过一定方式结合而成的是核糖核苷酸,是构成RNA的基本单元。RNA主要含有A、U、G、C 4种碱基,含有A的基本组成单位为腺嘌呤核糖核苷酸。(2)由脱氧核糖、磷酸、碱基通过一定方式结合而成的是脱氧核糖核苷酸,是构成DNA的基本单元。DNA主要含有A、T、G、C 4种碱基,含有A的基本组成单位为腺嘌呤脱氧核糖核苷酸。
答案:(1)核糖核苷酸 RNA 4 腺嘌呤核糖核苷酸 (2)脱氧核糖核苷酸 DNA 鸟嘌呤、腺嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶 腺嘌呤脱氧核糖核苷酸第三节 核酸
课标定向 凡事预则立
1.了解脱氧核糖核酸、核糖核酸的结构特点和生物功能。(宏观辨识与微观探析)
2.能辨识核糖核酸、脱氧核糖核酸中的磷酯键,能基于氢键分析碱基的配对原理。(宏观辨识与微观探析)
3.能说明核糖核酸、脱氧核糖核酸对于生命遗传的意义。(科学态度与社会责任)
1.核酸的组成
(1)分类:天然的核酸根据其组成中所含 的不同,分为 (DNA)和 (RNA)。
(2)组成
①核酸可以看作 、 和 通过一定方式结合而成的生物大分子。
②核酸的水解和生成
(3)碱基的种类
核酸种类 DNA RNA
碱基 相同 腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)
不同 (T) (U)
[思考]DNA和RNA含有相同的戊糖,含有的碱基不同,该说法正确吗
2.核酸的结构
[思考]类比蛋白质的结构,指出核苷酸和磷酯键分别对应于蛋白质中的哪些部分
3.核酸的生物功能
核酸是生物体 的载体。
(1)基因:有一定 排列顺序的 含有特定的遗传信息。
(2)DNA和RNA在遗传中的作用
①DNA分子上有许多 ,决定了生物体的一系列性状,在细胞增殖分裂过程中,会发生 的复制。
②RNA参与遗传信息的传递过程。
4.核酸研究的成果和意义
(1)我国核酸研究的成果
①1981年,我国人工合成了具有生物活性的核酸分子—— 。
②1999年,我国作为唯一的发展中国家,参与了人类基因组计划。
③2002年,我国科学家完成了 基因组图谱的绘制。
(2)核酸研究的意义
【质疑辨析】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”,并分析原因。
(1)核酸由 C、H、O、N 四种元素组成。()
(2)核酸根据组成中碱基的不同,分为DNA和RNA。()
(3)核酸的初步水解产物是碱基、戊糖、磷酸。()
(4)核酸、核苷酸都是生物大分子。()
(5)生物的遗传物质都是DNA。()
探究任务:核酸的组成、结构和性质
【导学探究】
[情境]2024年3月15日Science 期刊发表了研究论文,北京大学胡家志团队解析哺乳动物DNA复制叉的空间结构。该研究建立了首个检测DNA复制叉附近染色质相互作用的方法。该研究为DNA复制领域铺平了道路。
DNA是生物的遗传物质,与RNA共同参与遗传信息的传递与复制。
探究点一:核酸的组成与结构
(1)核酸、核苷酸、核苷三者之间有什么联系
(2)如图为脱氧核糖核苷酸与核糖核苷酸的结构示意图。
①结合图分析说明核酸三个组成部分的元素组成是怎样的 并进一步归纳出组成核酸的元素种类。
②由图可知,戊糖有几种 二者在分子结构上有什么不同
③核酸分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),判断一核酸分子是DNA还是RNA有哪些方法
探究点二:核酸的性质
DNA初步水解和彻底水解的产物分别是什么
【归纳总结】
1.核酸的形成过程
2.核酸的分类
核
酸
A:腺嘌呤;G:鸟嘌呤;C:胞嘧啶;U:尿嘧啶;T:胸腺嘧啶。
3.核酸的性质
(1)酸性:核酸具有酸性,故而得名。
(2)水解:
核酸核苷酸磷酸+核苷;
核苷戊糖+碱基。
【针对训练】
1.如图为DNA和RNA化学成分的比较概念图,图中阴影部分表示( )
A.脱氧核糖、鸟嘌呤、腺嘌呤、磷酸
B.胸腺嘧啶、腺嘌呤、胞嘧啶、磷酸
C.核糖、脱氧核糖、鸟嘌呤、磷酸
D.胞嘧啶、鸟嘌呤、腺嘌呤、磷酸
2.核酸检测是确认病毒种类的有效手段。如图1是脱氧核糖核酸(DNA)的结构片段,它的碱基中胞嘧啶的结构如图2,下列说法正确的是( )
A.脱氧核糖核酸中含有的化学键都是不同原子形成的极性共价键
B.2-脱氧核糖(C5H10O4)与葡萄糖属于同系物,都能发生银镜反应
C.胞嘧啶分子式为C4H5N3O,含有的官能团是氨基和肽键
D.脱氧核糖核酸由磷酸、2-脱氧核糖和碱基通过一定方式结合而成
【解析】选D。根据脱氧核糖核酸结构可知,其中含有的化学键既有不同原子形成的极性共价键,也有C原子之间形成的非极性共价键,A错误;2-脱氧核糖(C5H10O4)无醛基,不能发生银镜反应,B错误;胞嘧啶分子式为C4H5N3O,含有的官能团是酰氨基、碳碳双键及氨基,C错误;图示为脱氧核糖核酸结构片段,由其结构判断可知脱氧核糖核酸由磷酸、2-脱氧核糖和碱基通过一定方式结合而成,D正确。
[拓展思考](1)DNA水解得到的最终产物有哪些
(2)若将题目中的DNA改为RNA,是否具有遗传功能
【补偿训练】
1.(2024·保山高二检测)构成DNA分子的4种脱氧核糖核苷酸的不同取决于( )
A.戊糖的不同
B.碱基的种类
C.磷酸分子的多少
D.碱基对的排列顺序
2.某核糖核酸(RNA)的结构片段示意图如下,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.核酸也可能通过人工合成的方法得到
B.酶是有机化合物,催化活性与温度有关
C.该核酸水解生成的碱基中含有氮元素
D.该核酸完全水解生成的酸是H3PO3
1.对生物体的遗传性、变异性和蛋白质的生物合成具有重要作用的物质是( )
A.氨基酸 B.葡萄糖
C.核酸 D.核苷酸
2.下列有关叙述正确的是( )
A.DNA的螺旋结构由脱氧核糖和磷酸交替排列构成基本骨架,每个脱氧核糖上均连着一个磷酸和一个碱基,破坏某蛋白质的螺旋结构一定不影响其功能
B.核酸分子的多样性取决于核酸中核苷酸的种类、数量和排列顺序,其指挥控制着蛋白质的合成、细胞的分裂
C.生物体遗传信息的载体DNA大量存在于细胞核中,DNA分子复制前首先将双链解开,该过程可视为化学变化
D.RNA不参与遗传信息的传递和表达
【补偿训练】DNA与RNA完全水解后产物的特点是( )
A.部分碱基相同,戊糖相同
B.部分碱基不同,戊糖不同
C.碱基相同,戊糖不同
D.碱基不同,戊糖相同
3.(2024·开封高二检测)冠状病毒(如图)由蛋白质和核酸组成,核酸由核苷酸组成。核苷酸的单体由戊糖、磷酸和碱基构成。下列说法错误的是( )
A.核酸是由C、H、O、N、P等元素组成的小分子有机物
B.NaClO溶液用作消毒剂,是因为NaClO能使病毒蛋白变性
C.蛋白质的一级结构与氨基酸的排列顺序有关
D.所有DNA分子中,腺嘌呤与胸腺嘧啶分子数相等,鸟嘌呤与胞嘧啶的分子数相等
4.物质M的结构简式如图所示,下列关于M的叙述正确的是( )
A.M是一种核苷酸
B.M中的碱基为嘧啶
C.该化合物能发生水解反应
D.M发生缩聚反应可以生成核酸
5.请仔细观察下图,回答下列问题。
(1)该图表示的物质名称为 ,是构成 的基本单元。根据碱基的不同,该物质主要分为 种,若碱基为A,则此基本单元的全称是 。
(2)若把图中虚线框内的氧原子去掉,则其名称应为 ,是构成 的基本单元,组成该物质的主要碱基有 。若碱基为A,则此基本单元的全称是_____________________________。
