2024年高中化学新教材同步选择性必修第三册 第4章　第3节　核酸

第三节核酸[核心素养发展目标]1.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.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1．分类分类依据：根据组成中所含戊糖的不同。2．组成(1)基本单元：核苷酸。核苷酸由磷酸、戊糖和碱基结合而成。核酸是由许多核苷酸单体形成的聚合物，是一种生物大分子。核酸在酶的作用下，可以发生水解反应，过程如图所示：(2)戊糖(3)碱基碱基是具有碱性的杂环有机化合物，主要有：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圈出戊糖、碱基和磷酸所对应的部分。提示1．(2022·杭州高二测试)分析下面的概念图，下列叙述正确的是()A．A表示的碱基有5种B．B表示的是核糖C．D表示核糖核苷酸D．D表示脱氧核糖核苷酸答案D解析组成DNA的基本单元是脱氧核糖核苷酸，脱氧核糖核苷酸由磷酸、脱氧核糖和碱基组成，所以A表示碱基。DNA中的碱基有4种，A错误；B表示脱氧核糖，B错误；D表示脱氧核糖核苷酸，C错误、D正确。2．核酸检测对防疫新冠病毒意义重大。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．胞嘧啶的分子式为C4H5N3O，含有的官能团是氨基和酰胺基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的结构可知，其中含有的化学键既有不同原子间形成的极性共价键，也有碳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；胞嘧啶的分子式为C4H5N3O，含有的官能团有酰胺基、碳碳双键和氨基，C错误；图1为脱氧核糖核酸的结构片段，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。1．DNA和RNA的对比组成脱氧核糖核酸(DNA)核糖核酸(RNA)磷酸都含有核苷戊糖脱氧核糖核糖碱基相同腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)不同胸腺嘧啶(T)尿嘧啶(U)2.核酸的形成二、核酸的结构和生物功能1．核酸的结构(1)DNA①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。核苷酸之间通过磷酯键连接。②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。③两条链上的碱基遵循碱基互补配对原则，通过氢键结合成碱基对，腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)配对，鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)配对。(2)RNA①一般呈单链状结构，比DNA分子小得多。②与DNA对比，核糖替代脱氧核糖，尿嘧啶(U)替代胸腺嘧啶(T)。2．核酸的生物功能(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，被称为基因。(2)核酸的生物功能核酸是生物体遗传信息的载体。DNA分子上的基因决定生物体的一系列性状。RNA参与遗传信息的传递过程。核酸携带的遗传信息通过DNA的复制被精确地传递给下一代，通过控制蛋白质的合成来影响生物体的性状。(3)我国在核酸研究中取得的成绩①1981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。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。(1)DNA是生物体遗传信息的载体、蛋白质合成的模板()(2)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()(3)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()(4)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()(5)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)()答案(1)√(2)×(3)√(4)×(5)×DNA分子的多聚核苷酸链中，核苷酸之间通过磷酯键连接。请类比蛋白质的结构，指出DNA分子、核苷酸和磷酯键分别对应蛋白质的哪些部分。提示1．(2023·济南高二检测)下列关于如图所示过程的叙述错误的是()A．甲是磷酸，在不同的核苷酸中种类相同B．乙是五碳糖，在DNA中是脱氧核糖，在RNA中是核糖C．丙是碱基，在人体细胞遗传物质中有5种D．丁是核苷酸，在一个细胞中有8种答案C解析甲是磷酸，在不同的核苷酸中种类相同，A项正确；乙是戊糖，在DNA中是脱氧核糖，在RNA中是核糖，B项正确；丙是碱基，在人体细胞遗传物质DNA中有4种，即A、T、C、G，C项错误；丁是核苷酸，在一个细胞中既有DNA又有RNA，所以有8种，即4种脱氧核糖核苷酸和4种核糖核苷酸，D项正确。2．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图，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．该核糖核酸水解生成的戊糖能溶于水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；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；从图中分析可知，该核酸完全水解生成的酸是H3PO4，D错误。3．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，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解析核酸根据戊糖的不同分为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提供的遗传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、D错误。题组一核酸的组成1．下列有关核酸的叙述正确的是()A．除病毒外，一切生物都有核酸存在B．核酸是由C、H、O、P、N等元素组成的小分子有机物C．核酸是生物的遗传物质D．组成核酸的基本单位是脱氧核苷酸答案C解析一般来说，病毒由核酸和蛋白质组成，A不正确；核酸是由C、H、O、N、P等元素组成的有机高分子，B不正确；核酸按戊糖的不同分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)两大类，其中DNA的基本单位是脱氧核苷酸，D不正确。2．(2022·重庆高二期末)下列关于核酸的结构和性质说法正确的是()A．天然核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸B．组成核酸的元素是C、H、O、NC．核酸水解的最终产物是氨基酸D．人们跑步后肌肉酸痛是因为产生了核酸答案A解析天然核酸根据其组成中戊糖的不同，分为核糖核酸和脱氧核糖核酸，故A正确；核酸是有机高分子，组成核酸的主要元素是C、H、O、N、P等，故B错误；核酸是由核苷酸聚合形成的高分子，水解的最终产物是磷酸、戊糖和碱基，故C错误；人们跑步后肌肉酸痛是因为产生了乳酸，不是核酸，故D错误。题组二核酸的结构3．如图表示DNA分子结构中的一部分，其中连接碱基A与T的是()A．肽键 B．氢键C．磷酯键 D．二硫键答案B解析DNA分子结构中不存在肽键，A错误；DNA分子结构中连接碱基A与T的是氢键，B正确；DNA分子结构中连接脱氧核苷酸的是磷酸二酯键，C错误；DNA分子结构中不存在二硫键，D错误。4．(2022·广州高二期中)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所含的脱氧核苷酸排列顺序不同B．不同人体内的DNA所含的戊糖和磷酸不同C．不同人体内的DNA所含的碱基种类不同D．不同人体内的DNA的空间结构不同答案A解析遗传信息储存在碱基对的排列顺序中，也就是所含的脱氧核苷酸的排列顺序，DNA指纹法可为案件侦破提供证据的原理是人与人之间的遗传信息不同，故A正确；不同人体内的DNA所含的戊糖和磷酸相同，故B错误；不同人体内的DNA所含的碱基种类相同，都是A、T、C、G，故C错误；不同人体内DNA的空间结构都是双螺旋结构，故D错误。5．(2022·南宁高二测试)如图表示的是组成某种核酸的基本单元，下列有关叙述错误的是()A．该物质是组成RNA的基本单元B．该物质仅含有C、H、O、N、P五种元素C．图中碱基可能是腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶或胸腺嘧啶D．该物质组成的核酸参与遗传信息的传递过程答案C解析题图中物质含有磷酸、核糖和碱基，为核糖核苷酸，是组成RNA的基本单元，A项正确；核糖核苷酸的组成元素是C、H、O、N、P，B项正确；核糖核苷酸中不含胸腺嘧啶，C项错误；RNA参与遗传信息的传递过程，D项正确。6．(2023·佛山高二检测)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。7．如图为核苷酸的模式图，下列相关说法正确的是()A．DNA与RNA在核苷酸上的不同点只有②方面B．如果②为核糖，则③有4种C．③在生物体中共有8种，彻底水解的产物也有8种D．人体内的遗传物质彻底水解会得到8种产物答案B解析DNA与RNA的碱基上也有差异，DNA中有碱基T，RNA中有碱基U，A错误；如果②为核糖，则该核苷酸是核糖核苷酸，则③有A、C、G、U4种，B正确；③在生物体中共有5种，彻底水解的产物是脱氧核糖、核糖、磷酸和5种含氮碱基，C错误；人体内的遗传物质是DNA，彻底水解的产物是脱氧核糖、磷酸和4种含氮碱基，D错误。8．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．氢键①②是DNA双螺旋结构稳定的重要作用力B．该片段能使溴水和酸性高锰酸钾溶液褪色C．胸腺嘧啶与酸或碱溶液均可反应生成盐D．腺嘌呤是一个五碳脱氧核糖分子答案D解析DNA分子可通过氢键形成稳定的双螺旋结构，A正确；由结构简式可知，该片段结构中含有碳碳双键，能与溴水发生加成反应使其褪色，与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应使其褪色，B正确；由结构简式可知，胸腺嘧啶分子中含有的酰胺基能在酸性或碱性条件下发生水解反应生成盐，C正确；腺嘌呤是脱氧核糖核酸和核糖核酸中的一种碱基，不是脱氧核糖分子，D错误。题组三核酸的生物功能9．人类首次合成的具有生命活性的蛋白质是()A．美国有机化学家合成的叶绿素B．中国有机化学家合成的结晶牛胰岛素C．日本化学家合成的嘧啶类物质D．俄国科学家合成的核糖核酸类物质答案B解析叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，是一类含脂的色素家族，不属于蛋白质，A项错误；结晶牛胰岛素是具有生物活性的蛋白质，由中国有机化学家在世界上首次合成，B项正确；嘧啶类物质是一种碱性含氮杂环有机化合物，不属于蛋白质，C项错误；核糖核酸不属于蛋白质，D项错误。10．下列说法不正确的是()A．组成天然蛋白质的氨基酸几乎都是α-氨基酸B．利用盐析可以分离和提纯蛋白质C．有一定碱基排列顺序的DNA片段含有特定的遗传信息D．DNA主要存在于细胞核中，它根据RNA提供的信息控制体内蛋白质的合成答案D解析盐析不改变蛋白质的生理活性，只是使其暂时失去溶解性，利用多次盐析和溶解可分离、提纯蛋白质，故B正确；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，故D错误。11．人类的基因组通过从细胞核里的DNA向蛋白质的合成机制发出生产蛋白质的指令运作，这些指令通过mRNA传送。核糖是合成核酸的重要原料，常见的两种核糖结构简式为D-核糖：；戊醛糖：CH2OH—CHOH—CHOH—CHOH—CHO。下列关于核糖的叙述不正确的是()A．戊醛糖和D-核糖互为同分异构体B．它们都能发生酯化反应C．戊醛糖属于单糖D．由戊醛糖→脱氧核糖(CH2OH—CHOH—CHOH—CH2—CHO)可看成是一个氧化过程答案D解析A项，它们的分子式相同，都为C5H10O5，结构不同，互为同分异构体；B项，分子结构中都有羟基，能发生酯化反应；C项，戊醛糖不能再水解，属于单糖；D项，戊醛糖(C5H10O5)→脱氧核糖(C5H10O4)少一个氧，应为还原过程。12．检测病毒特异序列的方法最常见的是荧光定量PCR(聚合酶链式反应)。因PCR模板仅为DNA，因此在进行PCR前，应将病毒核酸(RNA)逆转录为DNA，再进行扩增并检测。图示是PCR的示例，其中“三磷酸碱基脱氧核苷酸”是PCR扩增所需的基础原料；“引物”是病毒RNA特异序列片段。下列有关核酸的说法错误的是()A．核酸是一种生物大分子，可发生水解反应得到核苷酸B．脱氧核糖核苷酸是RNA的基本单元C．病毒核酸(RNA)逆转录为DNA时需要特定的碱基进行配对D．整个PCR过程离不开酶的催化答案B解析核酸是一种生物大分子，可以发生水解反应生成核苷酸，A正确；脱氧核糖核苷酸是DNA的基本单元，核糖核苷酸是RNA的基本单元，B错误；RNA逆转录为DNA时，需要的原料应该是4种游离的脱氧核苷酸(胞嘧啶脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、腺嘌呤脱氧核苷酸)，所以需要特定的碱基进行配对，C正确；PCR过程中，必须使用DNA聚合酶，D正确。13．腺嘌呤核苷和腺嘌呤核苷酸是生产核酸类药物的中间体，结构如图所示。下列说法错误的是()A．腺嘌呤核苷分子中有4个手性碳原子B．腺嘌呤核苷酸分子中5个氮原子一定在同一平面上C．腺嘌呤核苷酸只能与NaOH溶液反应，不能与盐酸反应D．由腺嘌呤核苷合成腺嘌呤核苷酸的过程中发生取代反应，形成磷酯键答案C解析中*所示的4个碳原子为手性碳原子，A项正确；腺嘌呤核苷酸分子中连有氨基的六元环是平面形结构，六元环上的原子和与此六元环直接相连的原子共平面，所以5个氮原子一定在同一平面上，B项正确；腺嘌呤核苷酸中含有氨基，可以与盐酸反应，C项错误；由腺嘌呤核苷与H3PO4反应生成腺嘌呤核苷酸的反应属于酯化反应，形成了磷酯键，酯化反应属于取代反应，D项正确。14．(2022·济南高二期末)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)核酸的基本组成单元是____________，请写出图中字母M、N、Q所表示的物质名称：M__________、N____________、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)绝大多数生物体的遗传物质是____________，病毒的遗传物质是____________。答案(1)核苷酸磷酸戊糖碱基(2)2脱氧核糖(3)5A、G、C、T(4)DNADNA或RNA解析(1)核酸的基本组成单元是核苷酸，是由一分子磷酸M和一分子戊糖N和一分子碱基Q组成的。(2)核酸由DNA和RNA组成，它们的主要区别是戊糖不同，有脱氧核糖和核糖2种，组成DNA的是脱氧核糖。(3)Q是碱基，在DNA和RNA中各有4种，但A、G、C是相同的，加上特有的T和U共5种。组成DNA的碱基是A、G、C、T。15．核酸是由许多核苷酸聚合成的生物大分子，为生物体的最基本物质之一。核酸广泛存在于所有动植物细胞、微生物体内。如图A所