高中生物苏教版分子与细胞第2章细胞的化学组成 第2章第2节3

第3课时核酸的结构和功能1．分析核苷酸的种类和核酸的种类、结构特点、功能(重、难点)2．列表比较DNA和RNA的异同(重点)3．理解核苷酸序列的多样性和遗传信息的关系(难点)核酸的基本单位1．元素组成：C、H、O、N、P。2．种类：脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。3．基本单位：核苷酸。该结构的组成为：(1)脱氧核糖核苷酸(2)核糖核苷酸eq\a\vs4\al([合作探讨])图1图2探讨eq\a\vs4\al(1)：核酸的基本组成单位是什么？它是由几个部分组成的？提示：核酸的基本组成单位是核苷酸，由图1可知，一个核苷酸由一分子磷酸、一分子五碳糖和一分子含氮碱基组成。探讨eq\a\vs4\al(2)：结合图2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：由图2分析可知：(1)磷酸含有H、O、P三种元素；(2)脱氧核糖、核糖含有C、H、O三种元素；(3)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。探讨eq\a\vs4\al(3)：由图2可知，五碳糖有几种？二者在元素组成上有什么不同？提示：五碳糖分为脱氧核糖和核糖两种；第一种比第二种少一个氧原子。eq\a\vs4\al([归纳拓展])1．核酸的元素组成eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(（1）磷酸含有H、O、P三种元素；,（2）五碳糖含有C、H、O三种元素；,（3）腺嘌呤等含氮碱基含有C、H、,N等元素。))eq\a\vs4\al(核酸的组,成元素由,C、H、O、,N、P五种)2．基本单位——核苷酸的组成3．核酸的种类及组成归纳类别核酸DNARNA基本单位核苷酸脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸化学成分碱基共有A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)、G(鸟嘌呤)特有T(胸腺嘧啶)U(尿嘧啶)五碳糖脱氧核糖核糖酸磷酸分布主要分布在细胞核中主要分布在细胞质中1．下列关于核酸的分子组成表示正确的是()A.B.C.D.【解析】磷酸＋脱氧核糖＋碱基组成的是DNA，磷酸＋核糖＋碱基组成的是RNA。A项中碱基连接部位错误。【答案】D2．蛋白质和核酸中共有的化学元素是()A．C、H、O、S B．C、H、O、N、PC．C、H、O、N D．C、H、O、P【解析】组成蛋白质的化学元素主要是C、H、O、N，组成核酸的化学元素是C、H、O、N、P，共有的化学元素是C、H、O、N。【答案】C3．在棉花叶肉细胞中，由A、G、U、C、T五种碱基构成的核苷酸共有多少种()A．5种B．6种C．7种D．8种【解析】根据组成的五碳糖不同，A、G、C共构成6种核苷酸，U构成1种核糖核苷酸，T构成1种脱氧核糖核苷酸，因此共8种核苷酸。【答案】D核酸的结构、分布和作用1．1953年，沃森和克里克发现了DNA分子双螺旋结构。他们认为，DNA分子的结构是由反向平行的两条脱氧核苷酸链组成，DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。一般来说，DNA由两条核苷酸链构成，RNA由一条核苷酸链构成。2．DNA主要集中在细胞核内，少量的DNA分布在线粒体和叶绿体中；RNA主要分布在细胞质中。3．核酸是细胞中携带遗传信息的物质，在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有十分重要的作用。DNA是绝大多数生物的遗传物质，是遗传信息的载体。有些病毒只含有RNA，它们的遗传信息储存在RNA中。eq\a\vs4\al([合作探讨])探讨eq\a\vs4\al(1)：为什么DNA能储存大量的遗传信息？提示：因为组成DNA的核苷酸数目成百上千甚至上亿，在连成长链时，排列顺序就是极其多样化，故其储存的遗传信息容量极大。探讨eq\a\vs4\al(2)：DNA分子的特异性使DNA指纹技术应用广泛，DNA分子为什么具有特异性？提示：同一个DNA分子，核苷酸的种类、数目和排列顺序是特定的，因此DNA分子具有特异性。探讨eq\a\vs4\al(3)：一条脱氧核糖核苷酸长链中的脱氧核糖与磷酸的连接方式是怎样的？两条脱氧核糖核苷酸长链间的碱基对通过什么化学键连接？提示：一条脱氧核糖核苷酸长链中脱氧核糖和磷酸的连接方式是：—磷酸—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—；两条脱氧核苷酸长链间的碱基通过氢键连接。eq\a\vs4\al([归纳拓展])1．DNA分子的结构(1)结构示意图(2)图形解读解读外侧内侧构成方式磷酸和脱氧核糖交替连接，两条主链呈反向平行，有规则地盘旋成双螺旋主链上对应的碱基以氢键连接成对，对应碱基之间互补(A—T，G—C)配对，碱基平面之间平行排列位置磷酸和脱氧核糖位于双螺旋结构外侧碱基位于双螺旋结构内侧动态变化相对稳定碱基比率和碱基序列可变2.生物的遗传物质(1)细胞生物eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(真核生物：遗传物质是DNA,原核生物：遗传物质是DNA))(2)非细胞生物eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(大多数病毒：遗传物质是DNA,极少数病毒：遗传物质是RNA))一切生物的遗传物质都是核酸，细胞内既含DNA又含RNA的生物和体内只含DNA的生物，遗传物质都是DNA；少数病毒的遗传物质是RNA。由于绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以说DNA是主要的遗传物质。不同生物的核酸、核苷酸及碱基的情况生物类别核酸核苷酸碱基遗传物质举例细胞生物DNA和RNA8种5种DNA细菌、人等病毒只含DNA4种4种DNA噬菌体只含RNA4种4种RNA艾滋病病毒1．右图是某动物组织的一个细胞，其细胞质内含有的多糖和核酸主要是()A．糖原和RNAB．糖原和DNAC．淀粉和RNAD．淀粉和DNA【解析】本题考查细胞中糖类和核酸的种类及分布。题中的细胞是动物细胞，动物细胞中含有的多糖是糖原而不是淀粉。细胞中的DNA主要存在于细胞核中，而RNA主要存在于细胞质中。【答案】A2．下图为核苷酸链的结构示意图，下列叙述不正确的是()A．能构成一个完整核苷酸的是图中的aB．图中与每个五碳糖直接相连的磷酸有1个C．在一条核苷酸链中各核苷酸之间是通过化学键③连接起来的D．若该链为脱氧核苷酸链，从碱基组成上看，缺少的碱基是T【解析】核苷酸是核酸的基本组成单位，每个核苷酸由一分子的磷酸、一分子的五碳糖和一分子的含氮碱基组成，核苷酸分子通过磷酸二酯键连接形成核苷酸链。只有核苷酸链的末端五碳糖与1个磷酸相连，其余均与2个磷酸相连。【答案】B3．不同生物含有的核酸种类不同。原核生物和真核生物同时含有DNA和RNA，病毒体内含有DNA或RNA。下列各种生物中关于碱基、核苷酸、五碳糖种类的描述正确的是()项目ABCDT4噬菌体烟草叶肉细胞烟草花叶病毒豌豆根毛细胞碱基5种5种4种8种核苷酸5种8种8种8种五碳糖1种2种2种2种【解析】T4噬菌体与烟草花叶病毒都是病毒，体内有4种碱基，4种核苷酸，1种五碳糖。烟草叶肉细胞、豌豆根毛细胞都是真核细胞，细胞中有2种五碳糖，5种碱基，8种核苷酸。【答案】B1．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所含的碱基种类不同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的空间结构不同D．不同人体内的DNA所含的脱氧核苷酸排列顺序不同【解析】DNA是由4种脱氧核苷酸构成的，DNA所含的脱氧核苷酸排列顺序就是遗传信息，不同的人体内的遗传信息不同。【答案】D2．下列关于核酸的叙述错误的是()A．RNA只分布在细胞质中，DNA只分布在细胞核内B．尿嘧啶是RNA特有的碱基，胸腺嘧啶是DNA特有的碱基C．RNA和DNA的基本组成单位是核苷酸D．生物的遗传物质是DNA或者是RNA【解析】RNA主要分布在细胞质中，细胞核中也含有少量RNA。DNA主要分布在细胞核中，细胞质(如线粒体、叶绿体)中也含有少量DNA。【答案】A3．如图为某核苷酸长链的示意图，下列相关叙述中，错误的是()A．图中所示为脱氧核苷酸长链B．2为脱氧核糖C．4为胞嘧啶脱氧核苷酸D．5只能在细胞核中找到【解析】根据碱基种类可以判断，该核苷酸链为脱氧核苷酸链(含胸腺嘧啶T)。所以，2为脱氧核糖，4为胞嘧啶脱氧核苷酸。5(脱氧核苷酸链)主要位于细胞核中，但在细胞质中也能找到，所以选D。【答案】D4．下列叙述中，哪项不是核酸的生理功能()A．作为遗传信息的载体，一般存在于每个细胞中B．是生物的遗传物质C．是生物体进行生命活动的主要承担者之一D．对生物体的遗传变异和蛋白质的生物合成有极其重要的作用【解析】核酸是生物体遗传信息的携带者，对生物体的遗传变异和蛋白质的生物合成有极其重要的作用。生物体生命活动的主要承担者是蛋白质。【答案】C5．下图是位于双链DNA或双链RNA中的两个核苷酸，下列描述错误的是()【导学号：21210007】A．若五碳糖a是核糖，则碱基a有4种、碱基b也有4种B．若五碳糖a是脱氧核糖，则碱基a有4种、碱基b也有4种C．若碱基a与碱基b之间有两个氢键，则五碳糖a可能是核糖D．若碱基a是胸腺嘧啶，则五碳糖b可能是核糖【解析】胸腺嘧啶是DNA中特有的碱基，而核糖是RNA中特有的五碳糖，双链DNA或双链RNA中不应同时存在胸腺嘧啶和核糖。【答案】D课堂小结：网络构建核心回扣1.核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生物的遗传、变异和蛋白质合成中具有重要作用。2.真核细胞的DNA主要分布在细胞核中，少量分布在线粒体和叶绿体中，RNA主要分布在细胞质中。3.核酸的基本单位是核苷酸，一分子核苷酸由一分子含氮碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸组成。学业分层测评(五)核酸的结构和功能(建议用时：45分钟)[学业达标]1．下图表示一分子()A．核酸 B．脱氧核糖核苷酸C．氨基酸 D．碱基【解析】由图示碱基T说明该核苷酸为脱氧核糖核苷酸。【答案】B2．糖类不含有，脂质不一定有，蛋白质也不一定有，而核酸一定含有的元素是()A．N B．PC．S D．P和S【解析】注意区别各类有机化合物所含化学元素的种类。【答案】B3．下列有关遗传信息的叙述，正确的是()A．遗传信息只储存在DNA分子中B．HIV病毒的遗传信息储存在RNA分子中C．所有生物的DNA，都具有相同的脱氧核糖核苷酸排列顺序D．组成DNA的脱氧核糖核苷酸只有4种，所以连成长链时，其排列顺序是有限的【解析】有细胞结构的生物遗传信息贮存在DNA内，有一部分病毒的遗传信息储存在RNA内，如HIV病毒；不同生物的核酸，核苷酸排列的顺序不同；核苷酸连成长链时如果数量不限，排列顺序就是极其多样化的。【答案】B4．德伦(Dren)是科幻惊悚片《人兽杂交》的主角，它是一个有着啮齿目动物特征，但是又长着巨大双眼、长尾巴和细胳膊的怪物，而且它还会发出鸟类的叫声。它是由两位反叛科学家将人类和动物的DNA进行杂交创造出的一个生物。下列有关该生物DNA的叙述错误的是()A．主要存在于细胞核内B．基本单位是脱氧核苷酸C．含有A、T、G、C4种碱基D．不是该生物的遗传物质【解析】DNA是核酸的一类，由4种脱氧核苷酸构成，含有A、T、G、C4种碱基。由题干信息可知，该生物为真核生物，其遗传物质是DNA，主要存在于细胞核内。【答案】D5．核酸是细胞内携带遗传信息的物质，以下关于DNA与RNA特点的比较，叙述正确的是()【导学号：21210008】A．在细胞内存在的主要部位相同B．构成的五碳糖不同C．核苷酸之间的连接方式不同D．构成的碱基相同【解析】DNA和RNA在细胞内的存在位置不同，前者主要存在于细胞核内，后者主要存在于细胞质内；构成两者的五碳糖不同，前者为脱氧核糖，后者为核糖。DNA的碱基由A、T、C、G构成，RNA的碱基由A、U、C、G构成。【答案】B6．在生命活动中，由DNA分子蕴藏的信息所支配合成的RNA在完全水解后，得到的化学物质是()A．氨基酸、核苷酸、葡萄糖B．氨基酸、葡萄糖、碱基C．脱氧核糖、碱基、磷酸D．核糖、碱基、磷酸【解析】核酸是一类高分子化合物，其基本组成单位是核苷酸。一分子核苷酸是由一分子磷酸、一分子五碳糖和一分子含氮碱基组成的。一个核苷酸分子完全水解后得到一分子磷酸、一分子五碳糖和一分子含氮碱基。DNA和RNA的不同点之一是组成核苷酸的五碳糖不同。组成DNA的核苷酸中，五碳糖为脱氧核糖，而组成RNA的核苷酸中，五碳糖为核糖。【答案】D7．如图表示生物体内核酸的基本组成单位——核苷酸的模式图，下列说法正确的是()A．DNA和RNA在核苷酸上的不同点只在②方面B．人体内的②只有一种C．③在生物体中共有8种D．人体内的③有5种【解析】人体内既有DNA又有RNA，二者的不同表现在②五碳糖和③碱基两方面；②五碳糖有核糖和脱氧核糖之分，③碱基共有5种。【答案】D8．下列关于核酸的叙述中，正确的是()A．组成核酸的基本单位是脱氧核苷酸B．除病毒外，一切生物都有核酸存在C．核酸是一切生物的遗传物质D．核酸彻底水解后，得到的化学物质是C、H、O、N、P【解析】组成核酸的基本单位是核苷酸，脱氧核苷酸是DNA的基本组成单位；病毒体内也含有核酸，但只有一种，即DNA或RNA；核酸彻底水解后，得到的化学物质是其三种组成成分，即五碳糖、磷酸和碱基，C、H、O、N、P是其组成元素。【答案】C9．根据概念图，下列叙述正确的是()甲乙丙丁戊eq\x()＋eq\x(糖)＋eq\x()→eq\x()→eq\x(DNA)A．甲表示的碱基有5种B．乙表示的是核糖C．丙表示的是核糖核苷酸D．丁表示的是脱氧核糖核苷酸【解析】从概念图中可以看出，考查的是组成DNA的基本单位，组成DNA的基本单位是脱氧核糖核苷酸。【答案】D10．右图是细胞内遗传物质的组成示意图，据图回答下列问题。(1)细胞内遗传信息的携带者是[]________。(2)e的名称是________，e和f的关系是______________。1分子的e是由________、________、________组成的。e共有________种。(3)a包括________等元素。f被彻底水解后的产物是________(用字母表示)。(4)用图示表示1分子e的组成成分的连接方式________。【解析】本题利用简单图示表示组成核酸的物质及元素，了解有关核酸的基础知识，掌握基本组成物质间的关系，便可回答。【答案】(1)fDNA(2)脱氧核苷酸e是f的基本组成单位1分子磷酸1分子脱氧核糖1分子含氮碱基4(3)C、H、O、N、Pb、c、d(4)[能力提升]11．关于下列四幅图的叙述中，正确的是()甲乙丙丁A．图甲中共有5种核苷酸B．图乙是构成DNA的单位之一C．组成丙物质的单糖是脱氧核糖而不是核糖D．在小鼠体细胞内检测到的化合物丁很可能是蔗糖【解析】图甲中共8种核苷酸；图乙是构成RNA的单位之一；小鼠体内不存在蔗糖；丙是构成DNA的单位，脱氧核苷酸中所含的糖为脱氧核糖而不是核糖。【答案】C12．水稻叶肉细胞中的DNA主要分布在细胞核中，RNA主要分布在细胞质中。若将水稻的遗传物质彻底水解后，可以得到()A．一种五碳糖 B．五种含氮碱基C．四种核糖核苷酸 D．八种核苷酸【解析】水稻的遗传物是DNA，组成它的基本单位是脱氧核糖核苷酸，而脱氧核糖核苷酸彻底水解后得到的是一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基(只有四种：A、T、G、C)。【答案】A13．如图是DNA和RNA组成的结构示意图，下列有关说法正确的是()A．人体细胞中都有5种碱基和8种核苷酸B．硝化细菌的遗传物质由5种碱基构成C．病毒中也有上述两种核酸D．DNA彻底水解得到的产物中有脱氧核糖，而没有核糖【解析】人体的成熟红细胞没有细胞核和细胞器(即无DNA)；硝化细菌的遗传物质是DNA，含有T、A、C、G四种碱基；病毒中只有DNA或RNA；核糖是组成RNA的成分，不会在DNA的水解产物中出现。【答案】D14．(2023·徐州高一检测)某科研人员对玉米组织、小白鼠组织、T2噬菌体(一种病毒，含有蛋白质和另外一种物质)、乳酸菌等生物样品进行化学成分分析，结果忘记了贴标签，请你帮他判断：(1)含有水、DNA、RNA、糖原和蛋白质等成分的生物是________。(2)含有染色体的生物是________、________。(3)含有水、DNA、RNA、蛋白质和细胞壁等成分或结构的生物是________、________。(4)没有细胞结构的生物是________；没有成形的细胞核的生物是________，它属于________生物。(5)含有水、DNA、RNA、纤维素和蛋白质等成分的生物是________。(6)从上述分析可以看出，生物中都含有________和________两种成分。【解析】(1)糖原是动物细胞内特有的多糖，小白鼠含有水、DNA、RNA、糖原和蛋白质等成分。(2)真核细胞内含有染色体，玉米和小白鼠是真核生物；T2噬菌体是病毒，没有细胞结构；乳酸菌是原核生物。(3)植物和细菌的细胞都有细胞壁，玉米和乳酸菌含有水、DNA、RNA、蛋白质和细胞壁等成分或结构。(4)T2噬菌体是病毒，没有细胞结构；乳酸菌是原核生物，没有成形的细胞核。(5)纤维素是植物细胞内特有的多糖，玉米含有水、DNA、RNA、纤维素和蛋白质等成分。(6)从上述分析可以看出，生物中都含有蛋白质和核酸两种成分。【答案】(1)小白鼠(2)玉米小白鼠(3)乳酸菌玉米(4)T2噬菌体乳酸菌原核(5)玉米(6)蛋白质核酸15．“防伪”是一个全国上下都十分