高中化学新人教版选择性必修3第四章第3节核酸学案

第三节核酸[核心素养发展目标]1.宏观辨识与微观探析：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。能说明核糖核酸、脱氧核糖核酸对于生命遗传的意义。2.科学态度与社会责任：了解脱氧核糖核酸、核糖核酸的结构特点和生物功能。认识核酸的意义，体会化学科学在生命科学发展中所起的重要作用。一、核酸的组成和分类1．核酸的分类天然的核酸根据其组成中所含戊糖的不同，分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。2．核酸的组成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。其中的戊糖是核糖或脱氧核糖，它们均以环状结构存在于核酸中，对应的核酸分别是核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。转化关系如图所示：3．戊糖结构简式4．碱基碱基是具有碱性的杂环有机化合物，RNA中的碱基主要有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶(分别用字母A、G、C、U表示)；DNA中的碱基主要有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶(用字母T表示)。结构简式分别可表示为：腺嘌呤(A)：鸟嘌呤(G)：胞嘧啶(C)：尿嘧啶(U)：胸腺嘧啶(T)：(1)核酸是一种无机酸()(2)核酸的性质与蛋白质相似，不会变性()(3)组成核酸的元素有C、H、O、N、P等()(4)核酸是生物小分子化合物()(5)根据组成，核酸分为DNA和RNA()(6)DNA大量存在于细胞质中()答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×1．核酸完全水解的产物是、和，其中又可分为碱和碱。答案磷酸戊糖碱基碱基嘧啶嘌呤2．体内的嘌呤碱主要有和；嘧啶碱主要有、和。某些RNA分子中还含有微量的其他碱基，称为。答案腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶尿嘧啶稀有碱基二、核酸的结构及生物功能1．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。2．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。3．基因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。4．DNA分子的生物功能DNA分子上有许多基因，决定了生物体的一系列性状。在细胞繁殖分裂过程中，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，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，并通过控制蛋白质的合成来影响生物体特定性状的发生和发育。5．RNA的生物功能RNA则主要负责传递、翻译和表达DNA所携带的遗传信息。6．我国在核酸的研究中取得的成绩(1)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。(2)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。(3)2002年，我国科学家完成了水稻基因组图谱的绘制。7．对核酸的结构和生物功能研究的意义使人们深入认识生命活动规律，更好地利用生物资源，有助于提高疾病诊断和治疗水平，促进医学、农业等的发展。(1)核酸一般由几千到几十万个原子组成，相对分子质量可达十几万至几百万()(2)DNA是生物体遗传信息的载体、蛋白质合成的模板()(3)RNA主要存在于细胞核中，它根据DNA提供的信息控制体内蛋白质的合成()(4)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()(5)DNA分子每条链中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在内侧，碱基排列在外侧()(6)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，脱氧核糖替代了核糖，尿嘧啶(U)替代了胸腺嘧啶(T)()(7)RNA分子一般呈单链状结构，比DNA分子小得多()(8)1981年，我国用人工方法合成了酵母丙氨酸转移核糖核酸()答案(1)√(2)√(3)×(4)√(5)×(6)×(7)√(8)√1．DNA分子中含有哪几种碱基？它们是如何相互作用进行配对的？答案DNA中的碱基主要有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，DNA分子中碱基排列在内侧；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。2．简述DNA双螺旋的结构特点。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。核酸的类别及其比较类别脱氧核糖核酸(DNA)核糖核酸(RNA)组成差异二者主要差异在于戊糖的不同脱氧核糖核糖存在主要存在于细胞核中主要存在于细胞质中生理功能生物体遗传信息的载体，还指挥着蛋白质的合成、细胞的分裂和制造新的细胞根据DNA提供的信息控制体内蛋白质的合成1．(2020·四川省高三检测)化学与生活密切相关，下列说法错误的是()A．硅酸盐陶瓷化学性质稳定，耐氢氟酸、碱的腐蚀B．“冰，水为之，而寒于水”，说明等质量的冰和水比较，冰的能量更低C．飞沫传播病毒存在气溶胶，飞沫中有直径为1～100nm的粒子D．核酸检测是确认病毒类型的有效手段，核酸是高分子化合物答案A解析硅酸盐陶瓷化学性质稳定，但能与氢氟酸、碱反应，故A错误；“冰，水为之，而寒于水”，说明等质量的冰和水比较，冰的温度更低，冰的能量更低，故B正确；飞沫传播病毒存在气溶胶，属于胶体，所以飞沫中有直径为1～100nm的粒子，故C正确；核酸是由许多核苷酸聚合成的生物大分子化合物，核酸是高分子化合物，故D正确。2．(2020·江苏省高二期末)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答案D解析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。3．(2020·天津高三模拟)2020年的春节期间，新冠病毒肆虐。因为核酸是生命的基础物质，是病毒的“身份证”，所以患者的确诊需要病毒的核酸检验。以下关于核酸的论述正确的是()A．核酸是核蛋白的非蛋白部分，也是由氨基酸残基组成的B．核酸水解产物中含有磷酸、葡萄糖和碱基C．核酸、核苷酸都是高分子化合物D．核酸有核糖核酸和脱氧核糖核酸两类，对蛋白质的合成和生物遗传起重要作用答案D解析核酸是由磷酸、戊糖和碱基通过一定的方式结合而成的，故A错误；核酸水解的最终产物是磷酸、戊糖和碱基，故B错误；核酸是高分子化合物，但核苷酸不是高分子化合物，故C错误；核酸有核糖核酸和脱氧核糖核酸两类，分别是RNA和DNA，它们共同对蛋白质的合成和生物遗传起到重要作用，故D正确。4．有关核酸的叙述正确的是()A．核酸对生物体的生长繁殖、遗传变异等起着决定性作用，是生命活动的控制者，大量存在于细胞核中B．核酸指挥控制着蛋白质的合成、细胞的分裂，主要存在于细胞质中C．生物体遗传信息的载体DNA，大量存在于细胞核中，决定蛋白质的合成D．生物体遗传信息的载体RNA，大量存在于细胞质中，控制蛋白质的合成答案C解析核酸根据戊糖不同分为DNA和RNA，核酸是遗传信息的携带者，对于生物的遗传变异及蛋白质的生物合成具有重要作用。RNA主要存在于细胞质中，DNA大量存在于细胞核中，A错误；RNA主要存在于细胞质中，根据DNA提供的信息控制体内蛋白质的合成，B错误；DNA大量存在于细胞核中，是生物体遗传信息的载体，决定蛋白质的合成，C正确；生物体遗传信息的载体是DNA，D错误。5．核酸检测对防疫新冠肺炎意义重大。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答案D解析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，含有的官能团是羰基和碳氮双键、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。6．(2019·江苏高三月考)化合物G是生命体合成核酸的必需前体物质，对机体免疫功能和修复具有重要作用。化合物G的一种合成路线如下：eq\o(→,\s\up7(SOCl2),\s\do5(吡啶))eq\o(→,\s\up7(Ⅰ.NaOH),\s\do5(Ⅱ.H2O/H＋))eq\o(→,\s\up7(PCl3))eq\o(→,\s\up7(E),\s\do5(NaOH))eq\o(→,\s\up7(NH3/H2O))(1)化合物A中含氧官能团的名称为和。(2)化合物E的分子式为C5H10O3N2，其结构简式为；由F→G的反应类型为。(3)一定条件下F可转化为H()，写出同时满足下列条件的H的一种同分异构体的结构简式：。①能与FeCl3溶液发生显色反应；②能与盐酸反应；③分子中只含有3种不同化学环境的氢原子。(4)已知：①RCHOeq\o(→,\s\up7(HCN),\s\do5(H＋))请写出以为原料制备的合成路线流程图(无机试剂任用，合成路线流程图示例见本题题干)。答案(1)羟基酯基(2)取代反应(3)(或)(4)解析(1)根据A的结构简式，推