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4.3 核酸 學(xué)案 (含答案)2023-2024學(xué)年高二化學(xué)人教版(2019)選擇性必修第三冊(cè)

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4.3 核酸 學(xué)案 (含答案)2023-2024學(xué)年高二化學(xué)人教版(2019)選擇性必修第三冊(cè)

資源簡(jiǎn)介

4.3 核酸
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.了解脫氧核糖核酸、核糖核酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),能辨識(shí)核酸中的磷酯鍵,能基于氫鍵分析堿基的配對(duì)原則。培養(yǎng)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的核心素養(yǎng)。
2.了解核酸的生物功能,能說明核酸對(duì)于生命遺傳的意義,培養(yǎng)“科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任”的核心素養(yǎng)。
【自主預(yù)習(xí)】
一、核酸的組成
1.分類:核酸分為    和    ,絕大多數(shù)生物體的遺傳物質(zhì)是    。
2.組成
(1)核酸是一種生物大分子,是由許多    單體形成的聚合物。
(2)核苷酸水解得到    和    ,核苷水解得到戊糖和    ,其中戊糖有脫氧核糖和核糖,在核酸中以環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形式存在。
(3)堿基的名稱(符號(hào))和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式
①腺嘌呤(A):
②鳥嘌呤(G):
③胞嘧啶(C):
④胸腺嘧啶(T):
⑤尿嘧啶(U):
3.定義:核酸可以看作    、戊糖和    通過一定方式結(jié)合而成的生物大分子。
4.兩種核酸中的堿基(具有堿性的雜環(huán)有機(jī)化合物)
(1)RNA中的堿基主要有腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)四種。
(2)DNA中的堿基主要有腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)四種。
5.核酸的合成與水解
6.腺苷三磷酸(ATP)
(1)形成:腺嘌呤核苷中的核糖的羥基與磷酸反應(yīng),可形成磷酸酯(AMP)、二磷酸酯(ADP)及三磷酸酯(ATP)。
(2)ATP中的特殊鍵
磷酸與核糖之間通過磷酯鍵連接,磷酸與磷酸之間形成磷酸酐鍵。
(3)ATP水解過程中的能量變化
ATPADP
二、核酸的結(jié)構(gòu)
1.DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
(1)DNA分子由兩條多聚核苷酸鏈組成,兩條鏈平行盤繞,形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。
(2)每條鏈中的脫氧核糖和磷酸交替連接,排列在外側(cè),堿基排列在內(nèi)側(cè)。
(3)兩條鏈上的堿基通過    作用,腺嘌呤(A)與        配對(duì),鳥嘌呤(G)與    配對(duì),結(jié)合成    ,遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。
2.RNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
RNA也是以    為基本構(gòu)成單位,其中的戊糖和堿基與DNA中的不同,核糖替代了脫氧核糖,尿嘧啶(U)替代了胸腺嘧啶(T)。RNA分子一般呈    結(jié)構(gòu),比DNA分子小得多。
三、核酸的生物功能
1.基因:有一定堿基排列順序的    含有特定的遺傳信息,稱為基因。
2.生物功能
(1)DNA分子的復(fù)制
親代DNA分子的兩條鏈解開后作為母鏈模板,在酶的作用下,利用游離的核苷酸各自合成一段與母鏈互補(bǔ)的子鏈。最后形成兩個(gè)與親代DNA完全相同的子代DNA分子,使核酸攜帶的遺傳信息通過DNA復(fù)制被精確地傳遞給下一代,通過控制蛋白質(zhì)的合成來影響生物體的性狀。
(2)RNA的生物功能
RNA參與遺傳信息的    過程。
3.中國在核酸的研究中的貢獻(xiàn)
(1)1981年,人工合成了具有生物活性的核酸分子——酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸。
(2)1999年,參與了人類基因組計(jì)劃。
(3)2002年,完成了水稻基因組圖譜的繪制。
【答案】
一、1.脫氧核糖核酸(DNA) 核糖核酸(RNA) 脫氧核糖核酸(DNA)
2.(1)核苷酸 (2)磷酸 核苷 堿基
3.磷酸 堿基
二、1.(3)氫鍵 胸腺嘧啶(T) 胞嘧啶(C) 堿基對(duì)
2.核苷酸 單鏈狀
三、1.DNA片段 2.傳遞
【效果檢測(cè)】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)。
(1)核酸由C、H、O、N四種元素組成。 (  )
(2)核酸是生物體內(nèi)具有遺傳功能的大分子化合物。 (  )
(3)核酸是細(xì)胞內(nèi)生命物質(zhì)的主要成分之一。 (  )
(4)核酸是由堿基、脫氧核糖和磷酸組成的。 (  )
(5)核酸是由核苷酸聚合而成的大分子化合物。 (  )
(6)核酸包括脫氧核酸和核糖核苷酸。 (  )
(7)組成核酸的基本單位是脫氧核苷酸。 (  )
(8)DNA存在于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中。 (  )
(9)不同DNA中的戊糖相同。 (  )
(10)判斷核酸種類可依據(jù)戊糖或堿基的種類。 (  )
【答案】(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)√ (6)×(7)× (8)√ (9)√ (10)√
【解析】(1)核酸由C、H、O、N、P五種元素組成。(3)細(xì)胞內(nèi)生命物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)與核酸,正確。(4)DNA是由堿基、脫氧核糖和磷酸組成,錯(cuò)誤。(6)核酸包括脫氧核糖核酸和核糖核酸,錯(cuò)誤。(7)組成核酸的基本單位是核苷酸,核苷酸包括脫氧核苷酸和核糖核苷酸,錯(cuò)誤。(8)DNA主要存在于細(xì)胞核中,在線粒體和葉綠體中也有少量分布,正確。(9)所有DNA中的戊糖都是脫氧核糖,正確。(10)構(gòu)成DNA與RNA的核苷酸除了戊糖不同外,堿基也不完全相同,所以判斷核酸種類可依據(jù)戊糖或堿基的種類,正確。
2.脫氧核糖、脫氧核苷酸、脫氧核糖核酸之間有什么區(qū)別
【答案】脫氧核糖核酸簡(jiǎn)稱DNA,是分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)化合物。脫氧核苷酸是脫氧核糖核酸的基本組成單位。脫氧核糖是戊糖,以環(huán)狀結(jié)構(gòu)存在于核酸中,結(jié)構(gòu)為。
3.DNA初步水解和最終水解的產(chǎn)物分別是什么
【答案】DNA初步水解產(chǎn)物為4種脫氧核糖核苷酸,徹底水解后有6種產(chǎn)物,脫氧核糖、磷酸、4種堿基。
【合作探究】
任務(wù)1 核酸的組成
情境導(dǎo)入 病毒感染人體后,首先會(huì)在呼吸道系統(tǒng)中進(jìn)行繁殖,因此可以通過檢測(cè)痰液、鼻咽拭子判斷人體是否感染病毒。核酸檢測(cè)陽性可以作為病毒感染確診的標(biāo)準(zhǔn)之一。
問題生成
1.什么是核酸
【答案】核酸是由許多核苷酸單體形成的聚合物。核苷酸進(jìn)一步水解得到磷酸和核苷,核苷繼續(xù)水解得到戊糖和堿基。因此,核酸可以看作磷酸、戊糖和堿基通過一定方式結(jié)合而成的生物大分子。
2.細(xì)胞生物的遺傳物質(zhì)是DNA還是RNA
【答案】DNA。
3.組成DNA分子基本骨架的化學(xué)元素包括哪些
【答案】C、H、O、P。組成DNA分子基本骨架是由脫氧核糖和磷酸交替連接而構(gòu)成的,含有C、H、O、P,不含N。
【核心歸納】
DNA與RNA的比較
種類 DNA(脫氧核糖核酸) RNA(核糖核酸)
組成 成分 戊糖 脫氧核糖 核糖
磷酸 -
堿基 A(腺嘌呤)、G(鳥嘌呤)、C(胞嘧啶)
T(胸腺嘧啶) U(尿嘧啶)
基本單位 脫氧核苷酸(4種) 核糖核苷酸(4種)
結(jié)構(gòu) 一般呈規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu) 常呈單鏈結(jié)構(gòu)
分布 主要分布在細(xì)胞核內(nèi)的染色體上,在線粒體和葉綠體中也有分布 主要分布在細(xì)胞質(zhì)中
功能 能進(jìn)行復(fù)制、轉(zhuǎn)錄過程,從而實(shí)現(xiàn)遺傳信息的傳遞 mRNA能指導(dǎo)翻譯過程,把遺傳信息從mRNA傳遞到蛋白質(zhì)中;rRNA主要參與核糖體的構(gòu)建;tRNA主要轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸進(jìn)入核糖體
【典型例題】
【例1】核酸是細(xì)胞內(nèi)攜帶遺傳信息的物質(zhì),下列關(guān)于DNA與RNA的敘述中正確的是(  )。
A.在細(xì)胞內(nèi)存在的主要部位相同
B.所含的戊糖不同
C.核苷酸之間的連接方式不同
D.所含的堿基相同
【答案】B
【解析】DNA主要分布在細(xì)胞核中,而RNA主要分布在細(xì)胞質(zhì)中,A項(xiàng)錯(cuò)誤;構(gòu)成DNA的戊糖是脫氧核糖,構(gòu)成RNA的戊糖是核糖,B項(xiàng)正確;核苷酸之間的連接方式相同,都是通過磷酸二酯鍵相連,C項(xiàng)錯(cuò)誤;構(gòu)成DNA和RNA的堿基不完全相同,前者是A、C、G、T,后者是A、C、G、U,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
【例2】一條核苷酸鏈(部分)如圖所示,請(qǐng)結(jié)合該圖回答以下問題。
(1)DNA大多是由    條    鏈構(gòu)成的,RNA通常是由   條   鏈構(gòu)成的。
(2)若該圖為脫氧核苷酸鏈,則從堿基組成上看,還應(yīng)有的堿基是    (用字母表示);圖中①是     ,②是       ,③是     ,④是          。
(3)若該圖為核糖核苷酸鏈,則從堿基組成上看,還應(yīng)有的堿基是      (用字母表示)。圖中②是      ,④是          。
【答案】(1)兩 脫氧核苷酸 一 核糖核苷酸
(2)T 磷酸 脫氧核糖 腺嘌呤 鳥嘌呤脫氧核苷酸
(3)U 核糖 鳥嘌呤核糖核苷酸
任務(wù)2 核酸的結(jié)構(gòu)及生物功能
情境導(dǎo)入 
在現(xiàn)代刑偵領(lǐng)域中,DNA指紋技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。刑偵人員將從案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)得到的血液、頭發(fā)等樣品中提取的DNA,與犯罪嫌疑人的DNA進(jìn)行比對(duì),就有可能為案件的偵破提供證據(jù)。那什么是DNA呢 為什么DNA能夠提供犯罪嫌疑人的信息
問題生成
1.DNA分子是什么結(jié)構(gòu) 分子中的脫氧核糖、堿基在哪部分
【答案】雙螺旋結(jié)構(gòu)。脫氧核糖在雙螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè),堿基在內(nèi)側(cè)。
2.DNA分子中的堿基通過什么作用形成雙鏈 堿基如何配對(duì)
【答案】通過氫鍵作用形成雙鏈。A與T配對(duì),G與C配對(duì)。
3.DNA分子中的堿基的定量關(guān)系有哪些
【答案】腺嘌呤(A)與胸腺嘧啶(T)的數(shù)目相等;鳥嘌呤(G)與胞嘧啶(C)的數(shù)目相等。
4.DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)有哪些特點(diǎn)
【答案】DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn):DNA分子由兩條多聚核苷酸鏈組成,兩條鏈平行盤繞,形成雙螺旋結(jié)構(gòu);每條鏈中的脫氧核糖和磷酸交替連接,排列在外側(cè),堿基排列在內(nèi)側(cè);兩條鏈上的堿基通過氫鍵作用,腺嘌呤(A)與胸腺嘧啶(T)配對(duì),鳥嘌呤(G)與胞嘧啶(C)配對(duì),結(jié)合成堿基對(duì),遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。
【核心歸納】
1.DNA的結(jié)構(gòu)
DNA分子為雙螺旋結(jié)構(gòu),脫氧核糖、磷酸排列在外側(cè),堿基通過氫鍵形成堿基對(duì)排列在內(nèi)側(cè)。
2.堿基互補(bǔ)配對(duì)原則
(1)在DNA分子中,A與T配對(duì),G與C配對(duì);在某些雙鏈RNA分子中,A與U配對(duì),G與C配對(duì)。
(2)定量關(guān)系
①DNA分子中:A=T,G=C即A+G=T+C。也就是DNA分子中嘌呤總數(shù)=嘧啶總數(shù)。
②DNA分子中:兩個(gè)互補(bǔ)配對(duì)的堿基之和的比值與該DNA分子中每一單鏈中之一比值相等。
==
③不同生物的DNA分子中,不同。
【典型例題】
【例3】下列說法正確的是(  )。
A.葉肉細(xì)胞中堿基、核苷酸、戊糖種類分別是5種、8種和2種
B.大腸桿菌細(xì)胞中含有堿基A、T、G、C的核苷酸共4種
C.組成核酸的基本單位是核糖核苷酸
D.DNA與RNA的不同點(diǎn)只在于戊糖和堿基的不同
【答案】A
【解析】葉肉細(xì)胞中堿基、核苷酸、戊糖種類分別是5種、8種和2種,A項(xiàng)正確;大腸桿菌細(xì)胞中既含有DNA,又含有RNA,故含有堿基A、T、G、C的核苷酸共7種,B項(xiàng)錯(cuò)誤;組成核酸的基本單位是核苷酸,C項(xiàng)錯(cuò)誤;DNA與RNA的不同點(diǎn)除了戊糖和堿基的不同外,還有結(jié)構(gòu)的不同,DNA一般是雙鏈,RNA一般是單鏈,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
【例4】生物體內(nèi)遺傳信息攜帶者的組成如圖1所示,其中a代表幾種元素,b、c、d、e、f代表不同的物質(zhì),圖2表示的分子結(jié)構(gòu)式為某種核苷酸,請(qǐng)回答下列問題:
(1)生物體內(nèi)遺傳信息的攜帶者是圖1中的[  ](填英文字母)    (填文字)。圖2所示的核苷酸是構(gòu)成    (填“DNA”或“RNA”)的原料。
(2)圖1中,已知1分子的e是由1分子[b]磷酸、1分子[c]戊糖、1分子[d]       通過脫水縮合而成的,e在人體內(nèi)共有    種。
(3)圖1中,人體細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)f徹底水解后的產(chǎn)物有    種。
(4)生物具有多樣性,其根本原因是核酸的            具有多樣性。
【答案】(1)f 核酸 RNA
(2)堿基 8
(3)6
(4)堿基(核苷酸)排列順序
【解析】圖1為細(xì)胞內(nèi)遺傳信息攜帶者(核酸)的組成示意圖,據(jù)圖分析可知,a表示C、H、O、N、P,b、c、d分別表示1分子磷酸、1分子戊糖、1分子堿基,e表示核苷酸,f表示核酸(DNA或RNA);圖2表示的分子結(jié)構(gòu)式為某種核苷酸,其中的戊糖是核糖、堿基是腺嘌呤,因此該核苷酸為腺嘌呤核糖核苷酸,是構(gòu)成RNA(核糖核酸)的原料。(3)圖1中,人體細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)f徹底水解后的產(chǎn)物有6種,包括4種堿基,1種磷酸,1種脫氧核糖。(4)生物具有多樣性,其根本原因是核酸的堿基(核苷酸)排列順序具有多樣性。
【隨堂檢測(cè)】
1.下列關(guān)于有機(jī)物水解的說法不正確的是(  )。
A.蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物為氨基酸
B.淀粉的最終水解產(chǎn)物為葡萄糖
C.核酸的最終水解產(chǎn)物為戊糖和堿基
D.核苷酸的最終水解產(chǎn)物為戊糖、堿基和磷酸
【答案】C
【解析】核酸的最終水解產(chǎn)物有戊糖、堿基和磷酸,C項(xiàng)錯(cuò)誤。
2.下列縮合產(chǎn)物不正確的是(  )。
A.氨基酸縮合產(chǎn)物為多肽
B.核苷酸縮合產(chǎn)物為核酸
C.戊糖與堿基的縮合產(chǎn)物為核苷酸
D.核苷與磷酸的縮合產(chǎn)物為核苷酸
【答案】C
【解析】戊糖與堿基的縮合產(chǎn)物為核苷,不是核苷酸,C項(xiàng)錯(cuò)誤。
3.DNA指紋法在案件偵破工作中有著重要作用,從案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)提取DNA樣品,可為案件偵破提供證據(jù),其中的生物學(xué)原理是(  )。
A.不同人體內(nèi)的DNA所含的脫氧核苷酸排列順序不同
B.不同人體內(nèi)的DNA所含的五碳糖和磷酸不同
C.不同人體內(nèi)的DNA所含的堿基種類不同
D.不同人體內(nèi)的DNA的空間結(jié)構(gòu)不同
【答案】A
【解析】遺傳信息儲(chǔ)藏在堿基對(duì)的排列順序中,也就是所含的脫氧核苷酸的排列順序,DNA指紋可為案件偵破提供證據(jù)的原理是人與人之間的遺傳信息不同,故A項(xiàng)正確。
4.核酸的基本組成單位——核苷酸如圖所示,下列相關(guān)說法正確的是(  )。
A.②在一種病毒中有2種
B.③在生物體中共有8種
C.在人體遺傳物質(zhì)中③有4種
D.若③為A,則該核苷酸一定是腺嘌呤核糖核苷酸
【答案】C
【解析】②為戊糖,在一種病毒中只有一種,即脫氧核糖或核糖,A項(xiàng)錯(cuò)誤;③為堿基,在生物體中共有5種,即A、C、G、T、U,B項(xiàng)錯(cuò)誤;人體的遺傳物質(zhì)是DNA,其中含有4種堿基,即A、C、G、T,C項(xiàng)正確;若③為A,則該核苷酸可能是腺嘌呤核糖核苷酸,也可能是腺嘌呤脫氧核苷酸,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
5.核酸檢測(cè)為確認(rèn)病毒感染提供了關(guān)鍵的支持性證據(jù)。某核糖核酸(RNA)的結(jié)構(gòu)片斷示意圖如下,它在酶的催化作用下能完全水解生成戊糖、堿基和某酸。下列說法不正確的是(  )。
A.酶能加快該核糖核酸的水解速率
B.該核糖核酸水解生成的戊糖能溶于水
C.該核糖核酸水解生成的堿基中含有氮元素
D.該核糖核酸完全水解生成的酸是H3PO3
【答案】D
【解析】酶是該核糖核酸水解反應(yīng)的催化劑,能降低反應(yīng)的活化能,加快該核糖核酸的水解速率,A項(xiàng)正確;該核糖核酸水解生成的戊糖分子中含有親水基羥基和醛基,能溶于水,B項(xiàng)正確;由結(jié)構(gòu)片斷可知,該核糖核酸水解生成的堿基中含有氮元素,C項(xiàng)正確;由結(jié)構(gòu)片斷可知,該核糖核酸是由磷酸、戊糖和堿基發(fā)生縮聚反應(yīng)生成的,則該核糖核酸完全水解生成的酸是磷酸(H3PO4),D項(xiàng)錯(cuò)誤。
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