专题6 第2单元 第2课时 核酸的结构及生物功能-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修3（苏教版2019）

第2课时　核酸的结构及生物功能 [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、核酸的组成和分类 1．概念 在核酸的结构中，碱基与戊糖通过脱水缩合形成核苷，核苷分子中戊糖上的羟基与磷酸脱水，通过磷酯键结合形成核苷酸，不同的核苷酸按一定的顺序通过磷酯键连接成一条很长的链，称为核酸。 2．分类 3．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。因此，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。其中的戊糖是核糖或脱氧核糖，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： (1)核酸是一种无机酸(　　) (2)核酸的性质与蛋白质相似，不会变性(　　) (3)组成核酸的元素有C、H、O、N、P等(　　) (4)核酸是生物小分子化合物(　　) (5)根据组成，核酸分为DNA和RNA(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√ 1．核酸和核苷酸是什么关系？ 提示　核苷酸是一类由碱基、戊糖以及磷酸三种物质组成的化合物。戊糖与碱基缩合成核苷，核苷与磷酸缩合成核苷酸，不同的核苷酸按一定的顺序通过磷酯键连接成一条很长的链，称为核酸。简单来说，核酸是高聚物，核苷酸是其中的链节。 2．生物核酸中的核苷酸共有多少种？ 提示　共8种。其中，DNA中有腺嘌呤(A)脱氧核糖核苷酸、胸腺嘧啶(T)脱氧核糖核苷酸、鸟嘌呤(G)脱氧核糖核苷酸、胞嘧啶(C)脱氧核糖核苷酸，4种；RNA中有腺嘌呤(A)核糖核苷酸、尿嘧啶(U)核糖核苷酸、鸟嘌呤(G)核糖核苷酸、胞嘧啶(C)核糖核苷酸，4种。 1．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　核酸是由磷酸、戊糖和碱基通过一定的方式结合而成的，故A、B错误；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。 2．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)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，含有的官能团不仅仅有酰胺基、氨基，还有其他官能团，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．核酸的三级结构 2．DNA的双螺旋结构与碱基互补配对原则 在DNA的双螺旋结构中，不同的碱基通过氢键两两配对。碱基配对存在着严格的关系，即一条链上的碱基A与另一条链上的碱基T通过两个氢键配对；同样，G和C之间通过三个氢键配对，这一规律称为碱基互补配对原则。 3．DNA、RNA的生物功能 DNA主要存在于细胞核中，是遗传信息的储存和携带者，DNA的结构决定了生物合成蛋白质的特定结构，并保证把这种特性遗传给下一代。RNA主要存在于细胞质中，它们以DNA为模板而形成，将DNA的遗传信息翻译并表达成具有特定功能的蛋白质。 (1)核酸一般由几千到几十万个原子组成，相对分子质量可达十几万至几百万(　　) (2)DNA是生物体遗传信息的载体、蛋白质合成的模板(　　) (3)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(　　) (4)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(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√ 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　DNA分子　　核苷酸　　磷酯键 　　　 ↓　　　　 ↓ ↓ 　蛋白质　　 氨基酸　　 肽键 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．乙是戊糖，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　核酸的组成和分类 1．(2023·江苏南通月考)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。下列不属于核酸组成元素的是(　　) A．氮 B．氧 C．磷 D．硫 答案　D 2．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．核酸是遗传物质的载体 D．组成核酸的基本单位是脱氧核苷酸 答案　C 解析　一般地说，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化合物，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。 3．新冠病毒的蔓延对全球公众健康构成了严重威胁，为适龄人群开展新型冠状病毒疫苗接种是最有效的保护途径之一，下列有关说法不正确的是(　　) A．接种疫苗的部位涂抹碘酒消毒，人体表面的细菌蛋白质会发生盐析 B．用于检查是否感染病毒的常用方法是进行核酸检测，核酸是一类含磷的生物大分子 C．接种疫苗可使人体产生抗新型冠状病毒的免疫力，可预防感染 D．核酸根据其组成可分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA) 答案　A 解析　碘酒中的溶质、溶剂都可以使细菌、病毒的蛋白质发生变性而失去其生理活性，因而可以防止病毒感染，保护人体健康，A错误；常用核酸检测来检查是否感染新冠病毒，而核酸是一类含磷的生物大分子，B正确；可以通过接种新冠疫苗来防止人体感染新冠病毒，从而达到预防感染的目的，C正确；根据核酸的组成，可将核酸分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)两类，D正确。 题组二　核酸的结构 4．(2023·石家庄月考)下列说法不正确的是(　　) 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．抗某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 5．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 6．(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、磷酸和碱基种类相同，DNA的空间结构都是双螺旋结构，故B、C、D错误。 7．(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中的碱基为腺嘌呤，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。 8．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。 9．核酸检测为确认病毒感染提供了关键的支持性证据。如图是脱氧核糖核酸的结构片段，下列说法错误的是(　　) A．脱氧核糖核酸属于高分子化合物 B．环式2-脱氧核糖(C5H10O4)与葡萄糖互为同系物 C．脱氧核糖核酸的结构片段中存在极性共价键和非极性共价键 D．脱氧核糖核酸在一定条件下可以发生水解反应 答案　B 解析　脱氧核糖核酸属于大分子聚合物，因此属于高分子化合物，一定条件下可以发生水解反应，A、D正确；环式2-脱氧核糖(C5H10O4)含有的羟基个数与葡萄糖不同，二者不互为同系物，B错误；脱氧核糖核酸的结构片段中存在C—H极性共价键和C—C非极性共价键，C正确。 题组三　核酸的生物功能 10．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。 11．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。 12．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，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。 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形成了磷酯键，属于取代反应，D项正确。 14．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)5　A、G、C、T (4)DNA　DNA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．“凯式定氮法”测定奶粉中蛋白质的含量是由丹麦人约翰·凯达尔发明的，其原理是用强酸处理蛋白质样品，让样品当中的氮元素释放出来，通过测得氮元素的含量，再乘以系数6.38，即为蛋白质含量。凯式定氮法步骤如下： ①样品处理：准确称取一定质量的奶粉试样置于烧瓶中，加入稀硫酸及相应的催化剂，一定条件下充分反应，所得产物用水溶解并冷却后全部转移到容量瓶中定容。 ②碱化蒸馏：量取一定体积容量瓶中的溶液转移至图示中的反应管中，再加入足量NaOH溶液，关闭进样口的活塞。通入高温水蒸气，用吸收剂吸收产生的氨气。 ③滴定：向吸收氨气后的溶液中滴加指示剂，用标准盐酸滴定至终点。 回答下列问题： (1)样品处理的目的是______________________________________________________。 (2)碱化蒸馏时反应的离子方程式为__________________________________________ ________________________________________________________________________， 冷凝管中冷却水的进水口为________(填“A”或“B”)；如何通过简单的实验确定生成的氨气全部被水蒸气蒸出并进入锥形瓶：________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)“凯式定氮法”测定奶粉中蛋白质的含量灵敏度高，操作简单，缺点是________________________________________________________________________。 (4)当奶粉含下列杂质或出现下列错误的实验操作时，会使所测蛋白质含量值增大的是________(填字母)。 A．含三聚氰胺() B．样品入口未用蒸馏水冲洗 C．第①步定容时俯视刻度线 D．滴定开始时仰视读数，滴定终点时俯视读数 答案　(1)将奶粉中的氮元素全部转化为NH (2)NH＋OH－NH3↑＋H2O　B　取最后一滴冷凝管中流出的液体，用红色石蕊试纸(或pH试纸)检验，试纸不变蓝(或呈中性) (3)无法确定氮元素是否一定来自蛋白质 (4)AC 解析　(3)测定原理：把蛋白质样品中的氮元素释放出来，通过测定氮元素的质量从而换算出蛋白质的含量，此方法的局限性很明显，它把样品中释放出来的氮元素全部归为蛋白质中的氮元素，若样品中含有其他含氮化合物，则无法准确测定蛋白质的含量。 (4)三聚氰胺()含氮量高，会使计算结果中蛋白质含量值增大，故A符合；样品入口未用蒸馏水冲洗，损失了氮元素，会使计算结果中蛋白质含量值偏低，故B不符合；第①步定容时俯视刻度线，则溶液体积偏小，会使计算结果中蛋白质含量值增大，故C符合；滴定开始时仰视读数，滴定终点时俯视读数，盐酸读数偏小，会使计算结果中蛋白质含量值偏低，故D不符合。 学科网（北京）股份有限公司 $$