高中化学基础课时18　核酸

第三节核酸基础课时18核酸课标要求1.了解脱氧核糖核酸、核糖核酸的结构特点和生物功能。认识人工合成核酸等的意义，体会化学科学在生命科学发展中所起的重要作用。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。能说明核糖核酸、脱氧核糖核酸对于生命遗传的意义。核酸1.核酸的发现、分类及作用(1)来源：核酸因其最早在细胞核中发现，并具有酸性，所以称为核酸。(2)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)。(3)作用核酸在生物体的生长、繁殖、遗传、变异等生命现象中起着决定性的作用。2.核酸的组成核酸的基本组成单位——核苷酸(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DNARNA碱基种类腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)3.核酸的结构4.核酸的生物功能核酸是生物体遗传信息的载体。绝大多数生物体的遗传物质是DNA，少数生物体的遗传物质是RNA。(1)DNA的生物功能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基因作用：DNA分子上有许多基因，决定了生物体的一系列性状。③DNA分子复制：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。(2)RNA的生物功能参与遗传信息的传递过程。5.核酸研究的成果和意义(1)我国核酸研究的成绩①1981年，我国科学家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。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1.下列有关DNA和RNA的叙述错误的是()A.二者含有的元素种类不同B.二者含有的戊糖不同C.二者含有的碱基不完全相同D.二者在人体细胞中主要的分布场所不同答案A解析DNA和RNA的元素组成完全相同，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、胞嘧啶和尿嘧啶，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。2.DNA是生物体的重要组成物质，在它的碱基对中储存着遗传信息，与生物的生长、发育等正常生命活动以及癌变、突变等异常生命活动密切相关。下列有关DNA的说法正确的是()A.核酸就是DNAB.DNA水解得到的碱基含尿嘧啶(U)C.DNA水解的最终产物之一戊糖是二糖D.基因的化学本质是DNA分子中能代表某一遗传性状的核苷酸序列答案D解析核酸包括DNA和RNA，A错；DNA水解得到的碱基有四种，分别是腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)，RNA水解才能得到尿嘧啶(U)，B错；戊糖是单糖，C错。3.已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%，则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的()A.32.9%和17.1% B.31.3%和18.7%C.18.7%和31.3% D.17.1%和32.9%答案B解析已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，则C＝G＝17.9%，A＝T＝50%－17.9%＝32.1%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.l%，即T1＝32.9%、C1＝17.l%，根据碱基互补配对原则，双链DNA分子中，T＝(T1＋T2)/2，所以T2＝31.3%，同理，C2＝18.7%。【题后归纳】1.核酸分子的结构层次借鉴生物知识，核酸分子的结构层次也可以用下图表示。2.碱基互补配对原则的规律(1)在双链DNA分子中，互补碱基两两相等，A＝T，C＝G，A＋G＝C＋T，即嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数。(2)DNA分子的一条单链中(A＋T)/(G＋C)的比值等于其互补链和整个DNA分子中该种比例的比值。(3)DNA分子一条链中(A＋G)/(T＋C)的比值与互补链中的该种碱基的比值互为倒数，在整个双链中该比值为1。(4)不同生物的DNA分子中互补配对的碱基之和的比值不同，即(A＋T)/(C＋G)的比值不同。该比值体现了不同生物DNA分子的特异性。(5)双链DNA分子中，A＝(A1＋A2)/2，其他碱基同理。3.核酸与蛋白质的比较项目核酸蛋白质DNARNA元素C、H、O、N、PC、H、O、N等组成单位核苷酸氨基酸分子结构一般双螺旋结构一般单链结构氨基酸→多肽→蛋白质结构的多样性核苷酸的种类、数量及排列顺序氨基酸的种类、数量、排列顺序以及肽链的盘曲折叠方式功能主要的遗传物质传达遗传信息生命活动的主要物质基础1.下列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，只存在于细胞核中B.核酸指挥控制着蛋白质的合成、细胞的分裂，只存在于细胞质中C.生物体遗传信息的载体DNA大量存在于细胞核中D.RNA不参与遗传信息的传递过程答案C解析核酸包括DNA和RNA，RNA主要存在于细胞质中(病毒的RNA在蛋白质外壳内)，DNA大量存在于细胞核中，A、B错误；DNA大量存在于细胞核中，是生物体遗传信息的载体，C正确；RNA参与遗传信息的传递过程，D错误。2.(2023·延边高二期末)将DNA分子完全水解后得到的化学物质是()A.核苷酸、五碳糖、碱基 B.核苷酸、磷酸、碱基C.脱氧核糖、磷酸、碱基 D.核糖、磷酸、碱基答案C解析DNA分子由脱氧核苷酸聚合而成，一分子脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基构成，故DNA分子完全水解得到的产物是磷酸、含氮碱基、脱氧核糖，C正确。3.(2023·石家庄实验中学高二月考)新冠病毒是一种具有包膜的RNA病毒，核酸检测就是检测新冠病毒的RNA，其包膜的主要成分是蛋白质和脂质。下列有关说法不正确的是()A.RNA和DNA均具有酸性，分子中核苷酸之间通过磷酯键连接B.RNA和DNA分类的主要依据是所含碱基不同C.抗新冠病毒疫苗需要冷藏保存是防止其发生变性D.蛋白质、核酸都是生物大分子答案B解析RNA和DNA的组成单元中均有磷酸，因此具有酸性，且均含有磷酸二酯键，A正确；DNA和RNA分类的主要依据是五碳糖的不同，DNA中为脱氧核糖，RNA中为核糖，B错误；抗新冠病毒疫苗的主要成分为蛋白质，冷藏可以防止蛋白质变性，C正确；蛋白质、核酸的相对分子质量非常大，属于生物大分子，D正确。4.如图表示生物体内的某种物质，请分析回答下列问题。(1)图1中物质B的名称叫。(2)图1中物质D彻底水解的产物是磷酸、碱基和。(3)图2中所示物质的生物学名称是___________________。其与相邻的核糖核苷酸通过的方式，形成键。答案(1)核苷酸(2)脱氧核糖(3)腺嘌呤核糖核苷酸脱水缩合磷酸二酯解析(1)据图分析，图1中C表示核酸，其基本单位B表示核苷酸，组成元素A表示C、H、O、N、P。核酸中的D表示DNA，主要分布于细胞核；E表示RNA，主要分布于细胞质。(2)图1中物质D是DNA，其彻底水解的产物是脱氧核糖、磷酸和碱基。(3)图2分子结构中含有腺嘌呤、核糖和磷酸，表示的是腺嘌呤核糖核苷酸；其与相邻的核糖核苷酸之间通过脱水缩合的方式形成磷酸二酯键。A级合格过关练1.下列有关核酸的叙述错误的是()A.生物体内具有遗传功能的大分子化合物B.细胞内生命物质的主要成分之一C.由含氮碱基、脱氧核糖和磷酸组成D.由核苷酸聚合而成的大分子化合物答案C解析核酸是生物体内具有遗传功能的大分子化合物，A正确；细胞内生命物质主要是蛋白质与核酸，B正确；DNA的基本单位脱氧核糖核苷酸由含氮碱基、脱氧核糖和磷酸组成，C错误；核酸是由核苷酸聚合而成的大分子化合物，D正确。2.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，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答案C解析生命活动的主要承担者是蛋白质。3.物质M的结构简式如图，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答案C解析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。4.下列关于蛋白质和核酸的叙述中，正确的是()A.含核酸的细胞器一定含有蛋白质B.组成蛋白质的氨基酸约有20种，组成核酸的碱基有4种C.蛋白质和核酸共有的元素是C、H、O、N、SD.蛋白质的多样性决定了核酸的多样性答案A解析蛋白质是一切生命活动的承担着，含有核酸的细胞器一定含有蛋白质，A正确；组成蛋白质的氨基酸约有20种，组成核酸的碱基有5种，B错误；蛋白质和核酸共有的元素是C、H、O、N，C错误；核酸的多样性决定了蛋白质的多样性，D错误。5.对某个DNA分子进行化学分析，发现鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的54%，又知该DNA的一条链(A链)所含的碱基中28%是腺嘌呤，问与A链相对应的另一条链中腺嘌呤占该链全部碱基数的()A.26% B.24%C.18% D.11%答案C解析鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基数的54%，可知G＝C＝27%、A＝T＝50%－27%＝23%。又因DNA的一条链(A链)所含的碱基中28%是腺嘌呤，假设每条链有100个碱基，那两条链共含腺嘌呤等于200×23%＝46，A链中的腺嘌呤的数量等于100×28%＝28，则另一条链中腺嘌呤数为18，占该链全部碱基数的18%，C正确，A、B、D错误。6.某核糖核酸(RNA)的结构片段示意图如下，它在蛋白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.蛋白酶能加快该核糖核酸的水解速率B.该核糖核酸水解生成的戊糖能溶于水C.该核糖核酸水解生成的碱基中含有氮元素D.该核糖核酸完全水解生成的酸是H3PO3答案D解析蛋白酶是该核糖核酸水解反应的催化剂，能降低反应的活化能，加快该核糖核酸的水解速率，A正确；该核糖核酸水解生成的戊糖分子中含有亲水基羟基和醛基，能溶于水，B正确；由结构片段可知，该核糖核酸水解生成的碱基中含有氮元素，C正确；由结构片段可知，该核糖核酸是由磷酸、戊糖和碱基发生缩聚反应生成的，则该核糖核酸完全水解生成的酸是磷酸，D错误。7.如图为DNA分子的局部结构示意图，下列说法不正确的是()A.DNA由多个脱氧核糖核苷酸分子间脱水形成磷酯键后聚合而成的脱氧核糖核苷酸链构成B.图中框内的结构可以看成是由脱氧核糖分子与H3PO4分子、碱基分子通过分子间脱水连接而成的C.胸腺嘧啶()中含有酰胺基官能团D.DNA分子的四种碱基均含N—H键，一个碱基中的N—H键的H原子只能与另一个碱基中的N原子形成氢键答案D解析DNA由两条脱氧核苷酸链构成，脱氧核糖核苷酸链由多个脱氧核糖核苷酸分子通过分子间脱水形成磷酯键后聚合而成，A正确；图中框内的结构可以看成是由脱氧核糖分子与H3PO4分子、碱基分子通过分子间脱水连接而成的，B正确；如图所示，胸腺嘧啶中含有酰胺基官能团(—CO—NH—)，C正确；如图所示，DNA分子的四种碱基均含N—H键，一个碱基中的N—H键的H原子能与另一个碱基中的N、O原子形成氢键，D错误。8.核酸是细胞内重要的化合物，请回答下列有关核酸的问题：(1)核酸的基本组成单位是，请写出图中字母M、Q所表示的物质名称：M，Q。(2)核酸种类的不同是由于上图中N的不同，N有种。组成DNA的N为_________________________________________。(3)上图中的Q共有种。组成DNA的Q是。(4)由细胞组成的生物体遗传物质是___________________，病毒的遗传物质是。答案(1)核苷酸磷酸碱基(2)2脱氧核糖(3)5AGCT(4)DNADNA或RNA解析(1)核酸的基本组成单位是核苷酸，是由一分子磷酸M和一分子戊糖N和一分子含氮碱基Q组成的。(2)核酸由DNA和RNA组成，它们的主要区别是戊糖有脱氧核糖和核糖2种，组成DNA的是脱氧核糖。(3)Q是含氮碱基，在DNA和RNA中各有4种，但A、G、C是重复的，加上特有的T和U共5种。组成DNA的含氮碱基是A、G、C、T。(4)所有细胞生物的遗传物质都是DNA，病毒的遗传物质是DNA或RNA。B级素养培优练9.如图表示不同化学元素所组成的生命大分子及其水解产物，以下说法错误的是()A.若①为某种大分子的组成单位，则①最可能是氨基酸B.若②是人体中重要的储能物质，则②可能是脂肪C.若③为能储存遗传信息的大分子物质，则③一定是DNAD.若④能够作为医疗注射物，则④是葡萄糖答案C解析由图示可知，①的组成元素为C、H、O、N，若①为某种大分子的组成单位，则①最可能是蛋白质的基本组成单位——氨基酸；②的组成元素只有C、H、O三种，可能是糖类或脂肪，若②是细胞中重要的储能物质，则②可能是脂肪；③的组成元素为C、H、O、N、P，若③是能储存遗传信息的大分子物质，则其可能是DNA或RNA；④只含C、H、O三种元素，医疗作为注射液，提供能量的为葡萄糖。10.某DNA分子的片段如图所示。下列关于该片段的说法不正确的是()A.图示片段包含1个胞嘧啶、1个鸟嘌呤B.该片段中所有氮原子都采取sp2杂化C.该片段在一定条件下可发生水解反应D.若脱氧核糖中3号C所连羟基被还原为H原子，其参与形成的核苷酸将无法聚合为核酸答案B解析由图可知，片段包含1个胞嘧啶、1个鸟嘌呤，A正确；图中只连单键的氮原子形成3个σ键，此外还有1对孤电子对，价层电子对数是4，为sp3杂化，B错误；分子中存在肽键，可以发生水解，C正确；若脱氧核糖中3号C所连羟基被还原为H原子，则此处无法再形成氢键，导致其参与形成的核苷酸将无法聚合为核酸，D正确。11.在自然界中，许多天然生物大分子或生物结构为螺旋状。下列相关的叙述错误的是()A.DNA的双螺旋结构由核糖和磷酸交替排列构成基本骨架B.破坏某蛋白质的螺旋结构可能会影响其功能C.双链DNA分子中两条链上的碱基通过氢键作用，结合成碱基对D.核酸分子的多样性取决于核酸中核苷酸的种类、数量和排列顺序答案A解析DNA的双螺旋结构中，基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交替排列构成的，A错误；蛋白质的螺旋结构