4.3.1核酸 课件-2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修3

第四章 生物大分子 4.3.1 核酸 核酸采样 核酸检测是疫情防控的重要手段，检测的是病毒的核酸。 一代人有一代人的长征， 一代人有一代人的担当。 核酸因其在细胞核中发现，并具有酸性，故而得名。 一系列生物学实验的结果表明, 核酸是生物体遗传信息的携带者。核酸在生物体的生长、繁殖、遗传和变异等生命现象中起着重要的作用。 天然的核酸 绝大多数生物体的遗传物质 少数生物体的遗传物质 脱氧核糖核酸(DNA) 核糖核酸(RNA) 主要分布在细胞核中 主要分布在细胞质中 根据其组成中所含戊糖的不同 一、核酸的组成 核酸是一种生物大分子，相对分子质量可达上百万 蛋白质的基本组成单元是氨基酸，核酸的基本组成单元是什么？ 1965年，美国康奈尔大学的生化学家罗伯特·霍利采用类似蛋白质测序“化整为零”的方法(通过化学反应使共价键断裂，将其分解成较小片段，然后通过分析产物来推测大分子的组成和结构)，耗时7年(3年分离RNA，4年测序)测定了一条只有77个碱基的酵母转运RNA序列，这算得上第一个被测定序列的核酸分子。 1、核酸的水解反应 核酸 酶 水解 核苷酸 酶 水解 磷酸 核苷 酶 水解 戊糖 碱基 核糖 脱氧核糖 腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶(U) 苷是糖苷的简称，是单糖或寡糖的羟基与另一个化合物的羟基或氨基等脱水缩合，形成糖苷键而得到的一类有机化合物。 碱基均为具有碱性的含氮杂环有机物 DNA RNA 组成 脱氧核糖核酸(DNA) 核糖核酸(RNA) 磷酸 戊糖（五碳糖） 碱基 相同 不同 脱氧核糖 核糖 胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶(U) DNA与RNA结构的区别与共性 都含有 腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C) 核酸分为2种：DNA和RNA DNA的核苷有4种 RNA的核苷有4种 DNA的核苷酸有4种 RNA的核苷酸有4种 腺嘌呤核苷和腺嘌呤核苷酸是生产核酸类药物的中间体，请在下方结构简式中找出戊糖、碱基、磷酸所对应的部分。 碱基 戊糖 磷酸 戊糖 碱基 O OH OH H H H CH2OH H N N N NH2 N O OH OH H H H CH2 H N N N NH2 N O HO OH O P 腺嘌呤核苷 腺嘌呤核苷酸 水解 酶 水解 酶 磷酯键 腺嘌呤核苷酸 磷酸 核苷酸是如何水解变成核苷的呢？请找出断键的位置。 腺嘌呤核苷 无机含氧酸和醇的反应：无机酸脱去氢原子，醇脱去羟基 碱基 生物体中，单糖以环状结构形式存在 水解 酶 水解 酶 核糖 腺嘌呤核苷 已知：单糖或者寡糖的羟基与另一物的羟基或氨基等脱水缩合，形成糖苷键。你能在核苷中找到糖苷键吗？请找出断键的位置。 糖苷键 2、合成多聚核苷酸链 逆向合成分析法 戊糖 碱基 缩合 水解 核苷 磷酸 缩合 水解 核苷酸 缩合聚合 水解 核酸 磷脂键 糖苷键 OH HO OH O P 缩合 脱水 腺嘌呤核糖核苷酸 分析合成腺嘌呤核糖核苷酸的形成过程 缩合 脱水 核糖 糖苷键 缩合 脱水 磷脂键 腺嘌呤脱氧核糖核苷酸 分析腺嘌呤脱氧核糖核苷酸的形成过程 缩合 脱水 脱氧核糖 糖可与腺嘌呤形成腺嘌呤核苷，其中核糖的羟基继续与磷酸反应，可形成磷酸酯（AMP，腺嘌呤核苷酸，又称腺苷酸）、二磷酸酯（ADP，腺苷二磷酸）及三磷酸酯（ATP，腺苷三磷酸）。ATP逐步水解可以生成ADP和AMP。ATP分子中的磷酸与核糖之间通过磷酯键连接，磷酸与磷酸之间则形成磷酸酐键。磷酸酐键在ATP水解时会发生断裂，整个水解过程可释放较多能量供生物体使用，因此也被称为高能磷酸键。植物光合作用和动物体内食物氧化分解提供的能量，则可使ADP与磷酸重新反应合成ATP。 资料卡片：腺苷三磷酸 磷酯键 磷酸酐键 磷脂键 胞嘧啶 核糖核苷酸 腺嘌呤 核糖核苷酸 多聚核糖核苷酸链 多聚核糖核苷酸链的形成过程 核苷酸之间又是通过怎样的连接方式形成多聚核苷酸链的？ 缩聚 脱水 多聚核糖核苷酸链 磷酸 …… 磷酸 戊糖 碱基 磷酸 戊糖 碱基 核苷酸 连接方式： 戊糖与磷酸在外侧交替连接, 碱基排列在内侧 成键方式： 核苷酸与核苷酸之间通过磷脂键连接 分析多聚核苷酸链 二、核酸的结构 1、RNA的组成及结构特点 RNA分子一般呈单链状结构，比DNA分子小得多。 每条链中的核糖和磷酸交替连接排在外侧,碱基排列在内侧。 碱基有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U) DNA的基本构成单位也是核苷酸，其中的戊糖和碱基与RNA不同，脱氧核糖代替了核糖，胸腺嘧啶(U)代替了尿嘧啶(T)。 1953年，科学家通过研究DNA晶体X射线衍射数据，提出了DNA分子的双螺旋结构模型。 2、DNA的组成及结构特点 两条多聚核苷酸链组成DNA分子，两条链平行盘绕， 形成双螺旋结构； 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 两条链上的碱基通过氢键连接，遵循碱基互补配对原则，结合成碱基对。 DNA分子中，两条多聚核苷酸链之间是如何连接形成双螺旋结构的呢？ DNA双螺旋结构有哪些特点呢？ A-T、G-C 碱基间形成 氢键 鸟嘌呤（G）与 胞嘧啶（C）配对 腺嘌呤（A）与 胸腺嘧啶（T）配对 观察原子间所形成的键，找出两条多聚核苷酸链的连接处。分析碱基互补配对原则背后的结构因素？为什么A-T、G-C？ A与T配对能形成两个氢键 G与C配对能形成三个氢键 ②DNA两条链之间的距离保持一致 碱基互补配对原则: ①碱基之间的氢键具有固定的数目 A与T配对能形成两个氢键G与C配对能形成三个氢键 A-T、G-C的配对方式可使碱基对平行，保持DNA的双螺旋结构 氨基酸 多肽 蛋白质 核苷酸 DNA 形成磷酯键 缩聚反应 缩聚反应 形成肽键 双螺旋结构 盘曲折叠 多聚核苷酸链 【思考与讨论】DNA分子的多聚核苷酸链中，核苷酸之间通过磷脂键连接。请类比蛋白质的结构，指出DNA分子、核苷酸和磷脂键分别对应于蛋白质的哪些部分。 美国分子生物学家詹姆斯·沃森 英国分子生物学家弗朗西斯·克里克 1962年获诺贝尔 生理学或医学奖 对核酸的结构和生物功能的研究，有助于提高疾病诊断和治疗水平，促进医学、农业等的发展,使人们深入认识生命活动规律，更好地利用生物资源。 “DNA结构的发现是20世纪最伟大的科学成果之一” 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。 三、核酸的生物功能 核酸是生物体遗传信息的载体。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。 DNA: 决定生物体的性状 RNA: 参与遗传信息的传递 在细胞增值过程中，会发生DNA分子的复制： 聚合酶链反应(PCR)是一种在生物体外扩增DNA片段的重要技术，可使痕量的DNA扩增几百万倍。自动化PCR仪可以快速进行核酸检测，广泛应用于传染病、遗传病和恶性肿瘤的诊断，以及司法鉴定和考古研究等领域。 新冠病毒检测原理 —— 实时荧光 RT-PCR 我们常做的核酸的检测原理： 核酸的研究成果 1981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 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 2002年，我国科学家完成了水稻基因组图谱的绘制 核酸是由核苷酸单体形成的聚合物，是生物体遗传信息的载体 核 酸 核 苷 酸 磷酸 核苷 RNA 单链状结构 DNA 双螺旋结构 形成磷酯键 戊糖 碱基 氢键作用 多聚核苷酸链 碱基互补配对原则 水解 缩合聚合 水解 缩合 水解 缩合 缩合 聚合 知识小结 练习1. 脱氧核糖核酸(DNA)分子的局部结构示意图如下，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N-H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互补配对的原因是氢键数目最多、结构最稳定 A Lavf57.62.100 $$