2023-2024学年人教版新教材选择性必修三 第四章第三节　核酸 学案

第三节核酸学习目标导航课程目标展示素养目标达成1.能辨识核糖核酸、脱氧核糖核酸中的磷酯键。2.能基于氢键分析碱基的配对原理。3.能说明核糖核酸、脱氧核糖核酸对于生命遗传的意义。1.宏观辨识与微观探析:通过对核酸结构的分析,让学生能微观探析核酸的组成和结构特点,从宏观上解释核酸的性质和功能。2.科学态度与社会责任:通过对核酸的结构和功能学习,形成结构与功能相适应的生命观。学习任务1核酸的组成与分类NO.1自主学习·夯实基础1.核酸的化学组成核酸是由许多核苷酸单体形成的聚合物。该单体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,核酸可以看作是由磷酸、戊糖和碱基通过一定方式结合而成的生物大分子。2.核酸的分类3.碱基的类别核酸中的碱基是含氮原子的碱性环状化合物,分为两类:嘧啶碱和嘌呤碱,核酸水解得到的碱基有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)和胸腺嘧啶(T)五种。4.核酸的形成过程核苷酸核酸微思考: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。提示:NO.2互动探究·提升能力1868年,瑞士化学家米歇尔从脓细胞中提取到一种富含磷元素的酸性化合物,因存在于细胞核中而将它命名为“核质”。1889年阿尔特曼发现“核质”具有酸性。核酸这一名词才被正式启用,当时已能提取不含蛋白质的核酸制品。早期的研究仅将核酸看成是细胞中的一般化学成分,没有人注意到它在生物体内有什么功能这样的重要问题。1929年,核酸被确定有两种,即脱氧核糖核酸和核糖核酸。1944年,艾弗里的肺炎双球菌中体外转化实验证明,DNA就是遗传物质而蛋白质不是。从此核酸是遗传物质的重要地位才被确立,人们把对遗传物质的注意力从蛋白质移到了核酸上。探究核酸的组成和分类问题1:阿尔特曼发现核酸具有酸性,原因是什么?提示:核酸水解可以得到磷酸,故具有酸性。问题2:组成核酸的元素有哪些?和蛋白质有什么区别?提示:组成核酸的化学元素有C、H、O、N、P,而蛋白质主要由C、H、O、N、S等元素组成,有些还含有P、Fe、Zn、Cu等元素。问题3:生物的遗传物质都是DNA吗?提示:绝大多数生物的遗传物质是DNA,少数病毒的遗传物质是RNA。核酸中的核苷酸和含氮碱基核酸是原生质的一类信息大分子,是一切生物的遗传物质,因主要存在于细胞核中呈酸性而得名,它包括DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)2种。DNA是绝大多数生物的遗传物质,RNA是少数不含DNA的病毒(如烟草花叶病毒、流感病毒等)的遗传物质。根据五碳糖不同,可分为脱氧核糖核苷酸(简称为脱氧核苷酸)和核糖核苷酸。两者比较如下表:项目磷酸五碳糖含氮碱基种类脱氧核糖核苷酸相同脱氧核糖A、T、C、G4核糖核苷酸相同核糖A、U、C、G4[凝练素养]能从科学视角看待生物现象和生物物质,在分子、原子水平上研究核酸的组成和结构,促进宏观辨识与微观探析学科素养的发展。NO.3应用体验·形成素养1.如图是生物体内核酸的基本组成单元——核苷酸的模式图,下列说法正确的是(D)A.③在生物体中共有8种B.若③为腺嘌呤,则④肯定为腺嘌呤脱氧核糖核苷酸C.若②为核糖,则④为DNA的基本组成单元D.若③为尿嘧啶,则DNA中肯定不含④化合物解析:题图为核苷酸的模式图,其中①为磷酸,②是戊糖,③是碱基。碱基在生物体中共有5种:A、C、G、T、U,A错误;若③为腺嘌呤,则④可能是腺嘌呤脱氧核糖核苷酸,也可能是腺嘌呤核糖核苷酸,B错误;若②为核糖,则④为RNA的基本组成单元,C错误;尿嘧啶是RNA中特有的碱基,若③为尿嘧啶,则④为尿嘧啶核糖核苷酸,DNA中不含④化合物,D正确。2.如图为核苷酸链的结构示意图,下列叙述不正确的是(D)A.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B.a可以表示一个核苷酸,b不是一个核苷酸C.若该图为脱氧核糖核苷酸链,则缺少的碱基是TD.图中与每个戊糖直接相连的磷酸有1个解析:题图为核苷酸链的结构示意图,①是核苷酸中连接磷酸与戊糖的磷酯键,②是核苷酸中连接戊糖与碱基的化学键,③是连接不同核苷酸的磷酸二酯键。在一条核苷酸链中各核苷酸之间是通过化学键③磷酸二酯键连接起来的,A正确;一分子核苷酸由一分子戊糖、一分子含氮碱基和一分子磷酸组成,则a为一个完整的核苷酸,而b的三个成分不属于同一个核苷酸,B正确;脱氧核糖核苷酸特有的碱基是胸腺嘧啶(T),若该图为脱氧核糖核苷酸链,则缺少的碱基是T,C正确;由题图可知,与每个戊糖直接相连的磷酸有1个或2个,D错误。正确理解核酸的组成: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。核酸是聚合物,属于高分子,核苷酸是聚合物的单体,不属于高分子。学习任务2核酸的结构和生物功能NO.1自主学习·夯实基础一、核酸的结构1.DNA分子具有双螺旋结构模型。2.DNA结构特点(1)DNA分子由两条多聚核苷酸链平行盘绕,形成双螺旋结构。核苷酸之间通过磷酯键连接。(2)DNA中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氢键作用,遵循碱基互补配对原则,结合成碱基对。即腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)结合,鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)结合。3.RNA的结构特点RNA分子一般呈单链状结构,以核苷酸为基本构成单位,其中的戊糖为核糖,碱基为尿嘧啶(U)、腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)。二、核酸的生物功能1.核酸是生物体遗传信息的载体。2.核酸在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。三、DNA和RNA的比较类别脱氧核糖核酸(DNA)核糖核酸(RNA)组成差异两者主要差异在于五碳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遗传信息的载体,还指挥着蛋白质的合成、细胞的分裂参与遗传信息的传递过程微点拨:碱基互补配对是指核酸分子中各核苷酸残基的碱基按A与T、A与U和G与C的对应关系互相以氢键相连的现象。复制、转录、逆转录和翻译等遗传信息传递的基本生物过程都遵循这个原则。NO.2互动探究·提升能力探究核酸的结构和生物功能DNA是生物遗传的基础,一共分为四种,记为A、T、C、G。这四种核苷酸以不同的顺序排列起来,组成每个人独一无二的基因密码,控制人体蛋白质的合成。现今,这种人体的遗传密码已经得到了很广泛的应用,在医学上,如亲子鉴定,孕妇产前做的羊水穿刺也是通过分析胎儿的基因从而判断胎儿畸形与否,现在我们经常会听到的基因组计划也是致力于破解基因密码,即通过大量实验研究了解到染色体上不同位置的DNA所发挥的不同功能,从而为人体健康做出更大的贡献。问题1:构成DNA和RNA的碱基共有几种?提示:碱基共有5种。问题2:生物的遗传物质都是DNA吗?提示:绝大多数生物的遗传物质是DNA,少数病毒的遗传物质是RNA。问题3:“胎儿亲子鉴定”是利用基因技术鉴定胎儿遗传意义上的父亲,从孕妇的羊水中提取细胞,通过鉴定胎儿的DNA确认父子关系。进行亲子鉴定时,主要比较胎儿与“父亲”DNA的何种指标?提示:脱氧核苷酸的排列顺序(或碱基的排列顺序)。核酸知识概括1.核酸是细胞内携带遗传信息的物质,在生物的遗传、变异和蛋白质的生物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。4.DNA和RNA共有的碱基是腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C),胸腺嘧啶(T)是DNA特有的碱基,尿嘧啶(U)是RNA特有的碱基。NO.3应用体验·形成素养1.关于核酸的叙述中,不正确的是(C)A.DNA和RNA都能携带遗传信息B.DNA和RNA的基本单位都是核苷酸C.DNA的元素组成是C、H、O、PD.核酸包括DNA和RNA解析:DNA的组成元素为C、H、O、N、P,C错误。2.下列有关DNA和RNA的叙述错误的是(A)A.两者含有的元素种类不同B.两者含有的戊糖不同C.两者含有的碱基不完全相同D.两者在人体细胞中主要的分布场所不同解析:DNA和RNA的组成元素完全相同,都是由C、H、O、N、P元素组成的,A项错误;组成DNA和RNA的戊糖分别是脱氧核糖和核糖,B项正确;DNA和RNA中含有的碱基不完全相同,DNA所含碱基为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶,RNA所含碱基为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶,C项正确;DNA和RNA在人体细胞中主要的分布场所不同,DNA主要分布在细胞核中,RNA主要分布在细胞质中,D项正确。3.如图表示生物体内的某种物质,请分析回答下列问题:(1)A包括元素。(2)B的名称叫,一分子的B是由、、组成的。(3)C的作用是。解析:核酸的元素组成是C、H、O、N、P,基本单位是核苷酸,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。核酸是遗传信息的携带者。答案:(1)C、H、O、N、P(2)核苷酸一分子五碳糖一分子磷酸一分子含氮碱基(3)遗传信息的携带者;对生物的遗传、变异和蛋白质的生物合成具有重要的作用1.误认为生物的遗传信息都贮存于DNA中。其实不然,少数病毒的遗传信息贮存于RNA中。2.误认为组成DNA和RNA中的糖类是同一种单糖。其实不然,组成DNA的是脱氧核糖,组成RNA的是核糖。3.误认为核酸不是高分子化合物。其实不然,核酸是一类含磷的生物高分子化合物。4.误认为核酸的基本组成单位是脱氧核苷酸。其实不然,核酸的基本组成单位是核苷酸,脱氧核苷酸是DNA的基本组成单位。*基因工程(geneticengineering)又称基因拼接技术和DNA重组技术,是以分子遗传学为理论基础,以分子生物学和微生物学的现代方法为手段,将不同来源的基因按预先设计的蓝图。在体外构建杂种DNA分子,然后导入活细胞,以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。(1)在生物体内,遗传信息的携带者是。(2)生物界在基本组成上的高度一致表现在(填字母,下同)。①组成生物体的主要化学元素基本一致②各种生物的核酸都相同③构成核酸的碱基相同④各种生物的蛋白质都相同⑤构成蛋白质的氨基酸相同A.①②④ B.①②③ C.③④⑤ D.①③(3)DNA指纹技术在案件侦破工作中有着重要作用,如刑事案件中“指纹”技术和医疗领域中的“亲子鉴定”。从案发现场提取DNA样本,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所含的脱氧核苷酸排列顺序不同C.不同人体内的DNA的空间结构不同D.不同人体内的DNA所含的五碳糖