第23讲核酸（教师版）-2024年高中化学讲义（选择性必修三）

第23课核酸1．了解核糖、脱氧核糖核酸的组成、结构特点和生理功能。2．了解核糖、脱氧核糖核酸对生命遗传的意义。一、核酸的组成和分类1.定义：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.组成(1)核酸的元素组成：C、H、O、N、P。(2)核酸的基本组成单位——核苷酸：核酸是一种生物大分子，是由许多核苷酸单体形成的聚合物。(3)核苷酸水解得到磷酸和核苷，核苷水解得到戊糖和碱基，其中戊糖有脱氧核糖和核糖，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：(4)戊糖：分为核糖和脱氧核糖戊糖结构简式(5)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)胸腺嘧啶(T)尿嘧啶(U)(6)两种核酸中的碱基(具有碱性的杂环有机化合物)(1)RNA中的碱基主要有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)四种(2)DNA中的碱基主要有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)四种3.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4、核酸的合成与水解5、腺苷三磷酸(ATP)(1)形成：腺嘌呤核苷中的核糖羟基与磷酸反应，可形成腺苷酸(AMP)、腺苷二磷酸(ADP)及腺苷三磷酸(ATP)(2)ATP中的特殊键：磷酸与核糖之间通过磷酯键连接，磷酸与磷酸之间形成磷酸酐键。(3)ATP的水解过程的能量变化：【思考与交流】p123参考答案：二、核酸的结构1.DNA的双螺旋结构特点①DNA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【思考与交流】p125参考答案：DNA分子相当于蛋白质结构中的肽链，核苷酸相当于蛋白质结构中的氨基酸，磷脂键相当于蛋白质结构中的肽键。2.RNA的结构①RNA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)。②RNA分子一般呈单链状结构，比DNA分子小得多。三、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，称为基因。2.生物功能①DNA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。②RNA的生物功能RNA主要负责传递、翻译和表达DNA所携带的遗传信息。3、碱基互补配对原则(1)在DNA分子中，A与T配对，G与C配对；在某些双链RNA分子中，A与U配对，G与C配对(2)定量关系①DNA分子中：A＝T，G＝C即A＋G＝T＋C。也就是DNA分子中嘌呤总数＝嘧啶总数②DNA分子中：两个互补配对的碱基之和的比值与该DNA分子中每一单键中之一比值相等eq\f(A1＋A2＋T1＋T2,G1＋G2＋C1＋C2)＝eq\f(A1＋T1,G1＋C1)＝eq\f(A2＋T2,G2＋C2)③不同生物的DNA分子中，eq\f(A＋T,G＋C)不同五、成就及研究意义1．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。2．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。►问题一核酸的组成与结构【典例1】组成DNA的结构的基本成分是()①核糖②脱氧核糖③磷酸④腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶⑤胸腺嘧啶⑥尿嘧啶A．①③④⑤B．①②④⑥C．②③④⑤ D．②③④⑥【答案】C【解析】DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸，脱氧核糖核苷酸由一分子含氮碱基、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成，含氮碱基有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)四种。【解题必备】(1)核酸的元素组成：C、H、O、N、P。(2)核酸的基本组成单位——核苷酸：核酸是一种生物大分子，是由许多核苷酸单体形成的聚合物。(3)核苷酸水解得到磷酸和核苷，核苷水解得到戊糖和碱基，其中戊糖有脱氧核糖和核糖，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)。(4)DNA分子相当于蛋白质结构中的肽链，核苷酸相当于蛋白质结构中的氨基酸，磷脂键相当于蛋白质结构中的肽键，故核酸的基本单位是核苷酸。DNA和RNA中所含戊糖的不同，故可根据戊糖的不同将天然核酸分为DNA和RNA。在DNA中，根据碱基互补配对的原则，一条链上的A一定等于互补链上的T;一条链上的G一定等于互补链上的C,反之亦然。因此，可推知用于碱基计算的规律：在一个双链DNA分子中，A=T、G=C,即A+G=T+C或A+C=T+G。也就是说，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，各占全部碱基总数的50%。【变式11】下列有关核酸的叙述中，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】A．一般地说，病毒由核酸和蛋白质组成，A不正确；B．核酸是由C、H、O、N、P等元素组成的生物大分子，B不正确；C．核酸是生物体遗传信息的载体，是生物的遗传物质，C正确；D．核酸按组成中所含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，核酸的基本单位是核苷酸，D不正确；答案选C。【变式12】如图表示生物体内核酸的基本组成单元模式图，下列说法正确的是A．DNA和RNA在核苷酸上的不同点只在②方面B．DNA分子结构的多样性取决于③的种类C．若②为脱氧核糖，则与②相连的③有五种D．若③是尿嘧啶，则此图是组成RNA的原料【答案】D【解析】A．DNA和RNA在核苷酸上的不同点除了在②方面，还有③方面，A错误；B．DNA分子结构的多样性取决于③(碱基)的排列顺序，B错误；C．若②为脱氧核糖，则该核苷酸为脱氧核糖核苷酸，与②相连的③有4种，C错误；D．若③是尿嘧啶，则该核苷酸是核糖核苷酸，是组成RNA的基本单元，D正确；故选D。►问题二核酸的生物功能【典例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】A．核酸作为遗传信息的载体，一般来说，每个细胞中均含有核酸，A正确；B．核酸是遗传信息的携带者，核酸是一切生物的遗传物质，B正确；C．生命活动的主要承担者是蛋白质，不是核酸，C错误；D．核酸对生物体的遗传变异，以及蛋白质的生物合成都有极其重要的作用，D正确；故选C。【解题必备】1．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。2．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。【变式21】核酸是细胞内携带遗传信息的物质，以下关于DNA与RNA特点的比较，叙述正确的是A．在细胞内存在的主要部位相同 B．所含的五碳糖不同C．核苷酸之间的连接方式不同 D．所含的碱基相同【答案】B【解析】A．DNA主要分布在细胞核中，而RNA主要分布在细胞质中，A错误；B．构成DNA的五碳糖是脱氧核糖，构成RNA的五碳糖是核糖，B正确；C．核苷酸之间的连接方式相同，都是通过磷酸二酯键相连，C错误；D．构成DNA和RNA的碱基不完全相同，前者是A、C、G、T，后者是A、C、G、U，D错误。故选B。【变式22】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】A.核酸是由磷酸、五碳糖和碱基通过一定的方式结合而成的，故A错误；B.核酸水解的最终产物是磷酸、五碳糖和碱基，故B错误；C.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；D.核酸有核糖核酸和脱氧核糖核酸两类，分别是RNA和DNA，他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。综上所述，答案为D。1．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【分析】核酸根据五碳糖不同分为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。【解析】A．RNA主要存在于细胞质中，DNA大量存在于细胞核中，A错误；B．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；C．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．生物体遗传信息的载体是DNA，D错误。答案选C。2．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】A．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；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，B正确；C．如图所示，胸腺嘧啶中含有酰胺基官能团（CONH）；C正确；D．如图所示，DNA分子的四种碱基均含NH键，一个碱基中的NH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；故选D。3．核酸检测是诊断新冠肺炎的重要依据。下列关于核酸的说法正确的是A．组成核酸的基本单元是脱氧核苷酸B．核酸与蛋白质的功能完全相同C．组成核酸的元素有C、H、O、N、PD．核酸是生物小分子化合物【答案】C【解析】A．天然的核酸按其组成中所含戊糖的不同分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)两大类，其中组成DNA的基本单元是脱氧核糖核苷酸，组成RNA的基本单元是核糖核苷酸，A错误；B．核酸是生物体遗传信息的携带者，与蛋白质的功能不同，B错误；C．根据核酸的组成，可知组成核酸的元素有C、H、O、N、P，C正确；D．核酸是生物大分子，D错误。故选C。4．分析下边的概念图，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【分析】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；【解析】A．据分析知A表示碱基，DNA中的碱基有4种，A错误；B．B表示脱氧核糖，B错误；C．D表示脱氧核糖核苷酸，C错误；D．D表示脱氧核糖核苷酸，D正确；故选D。5．DNA彻底水解后得到的物质是A．核糖、含氮碱基、磷酸 B．氨基酸、核苷酸、核糖C．脱氧核糖、磷酸、含氮碱基 D．脱氧核糖、含氮碱基、氨基酸【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；故选C。6．病毒核酸采样管中的红色液体是一种样本保护液，其中含有胍盐，作用于病毒核酸保存。已知胍是有机一元碱，碱性与氢氧化钠相近；胍盐易水解为氨和尿素。以下说法错误的是A．核酸和蛋白质都是生物大分子B．核酸水解最终产物中含有磷酸、六碳糖和碱基C．胍保存不当时易吸收空气中的CO2而变质D．合理使用尿素可以促进农作物的生长，提高粮食产量【答案】B【解析】A．核酸和蛋白质都是生物大分子，A正确；B．核酸水解产物中含有磷酸、戊糖和碱基，戊糖为五碳糖，B错误；C．由题中信息可知胍的碱性与氢氧化钠相近，所以保存不当易吸收空气中的CO2而变质，C正确；D．化肥都不可以过度使用，D正确；故选B。1．我国在核酸的研究中取得了卓越成绩。下列有关核酸的叙述不正确的是A．中含磷酯键B．两条链上的碱基通过化学键作用相连接C．可通过分析核酸水解的产物推测其组成与结构D．根据组成中所含戊糖的不同分为和【答案】B【解析】A．核糖核酸和脱氧核糖核酸都是双螺旋结构，DNA、RNA都有磷酯键，故A正确；B．DNA两条链上的碱基通过氢键相连，不是化学键，故B错误；C．核酸经水解可得到很多核苷酸，可通过分析核酸水解的产物推测其组成与结构，故C正确；D．DNA和RNA中戊糖的不同，故可根据戊糖的不同将天然核酸分为DNA和RNA，故D正确；故选：B。2．氢键对生命活动具有重要意义，DNA中四种碱基通过氢键配对方式如下图(~代表糖苷键)。下列说法正确的是A．碱基配对时，一个H可以同时与多个原子形成氢键B．鸟嘌呤中1号N上的H转移到O上形成羟基，使其失去碱性C．氢键的作用能较小，在DNA解旋和复制时容易破坏和形成D．嘌呤中NH键的平均键长大于0.29nm【答案】C【解析】A．从图中可以看出，碱基配对时，一个H只能与1个原子形成氡键，故A错误；B．鸟嘌呤中1号N上的H转移到O上形成羟基，氮原子上仍有一孤电子对，还可以吸引水电离的氢离子，使水电离出更多的氢氧根离子，鸟嘌呤没有失去碱性，故B错误；C．氢键的作用能较小，在DNA解旋和复制时容易破坏和形成，故C正确；D．NH……O中的H和O间的距离为0.29nm，是氢键的键长，氢键作用力比化学键弱得多，键长也长得多，所以嘌呤中NH键的平均键长远小于0.29nm，故D错误；故选C。3．核酸是细胞内携带遗传信息的物质，以下关于DNA与RNA特点的比较，叙述正确的是A．在细胞内存在的主要部位相同 B．所含的五碳糖不同C．核苷酸之间的连接方式不同 D．所含的碱基相同【答案】B【解析】A．DNA主要分布在细胞核中，而RNA主要分布在细胞质中，A错误；B．构成DNA的五碳糖是脱氧核糖，构成RNA的五碳糖是核糖，B正确；C．核苷酸之间的连接方式相同，都是通过磷酸二酯键相连，C错误；D．构成DNA和RNA的碱基不完全相同，前者是A、C、G、T，后者是A、C、G、U，D错误。故选B。4．如图为DNA和RNA化学成分的比较概念图，图中阴影部分表示

A．脱氧核糖、鸟嘌呤、腺嘌呤、磷酸B．胸腺嘧啶、腺嘌呤、胞嘧啶、磷酸C．核糖、脱氧核糖、鸟嘌呤、磷酸D．胞嘧啶、鸟嘌呤、腺嘌呤、磷酸【答案】D【解析】A．分析题图可知，阴影部分是DNA和RNA共同含有的，脱氧核糖只有DNA含有，RNA含有的是核糖，A错误；B．胸腺嘧啶是DNA中特有的碱基，B错误；C．分析题图可知，阴影部分是DNA和RNA共同含有的，脱氧核糖只有DNA含有，RNA含有的是核糖，C错误；C．胞嘧啶、鸟嘌呤、腺嘌呤和磷酸是DNA和RNA共同含有的，D正确；故选D。5．将用放射性同位素标记的某种物质注入金丝雀体内后，经检测，新产生的细胞的细胞核具有放射性。注入的物质可能是A．脱氧核糖核苷酸 B．核糖核苷酸 C．脱氧核糖核酸 D．核糖核酸【答案】A【解析】根据题意判断，这种物质被用作产生新细胞时合成细胞核内某种成分的原料，所以只能在A、C两项中选择。如果注射的是脱氧核糖核酸，一般情况下是不能被细胞直接吸收的，如果注射的是脱氧核糖核苷酸，它可以被吸收进细胞，在细胞分裂过程中DNA复制时被用来合成脱氧核糖核酸，故选A。6．脱氧核糖核酸(DNA)分子的局部结构示意图如下，它是由脱氧核糖、磷酸及碱基形成脱氧核糖核苷酸后，脱氧核糖核苷酸聚合成脱氧核糖核苷酸链进而形成的。

下列说法不正确的是A．磷酸与脱氧核糖分子通过醚键结合B．碱基分子在形成脱氧核糖核苷酸时均断NH键C．脱氧核糖、磷酸、碱基通过分子间脱水形成脱氧核糖核苷酸D．碱基G与C、A与T互补配对原则的原因是氢键数目最多、结构最稳定【答案】A【解析】A．由图可知，磷酸与脱氧核糖分子通过磷酸酯键结合在一起的，A错误；B．由图可知，碱基和脱氧核糖核苷酸是紧密相连的，它们之间通过N糖苷键连接