化学选择性必修3第三节 核酸导学案

这是一份化学选择性必修3第三节 核酸导学案，共7页。学案主要包含了核酸的组成和分类，核酸的结构及生物功能等内容，欢迎下载使用。

1.宏观辨识与微观探析： 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.科学态度与社会责任：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。
知识梳理
一、核酸的组成和分类
1．核酸的分类
天然的核酸根据其组成中所含戊糖的不同，分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。
2．核酸的组成
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：
3．戊糖结构简式
4．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)：
尿嘧啶(U)：
胸腺嘧啶(T)：
二、核酸的结构及生物功能
1．DNA分子的双螺旋结构具有以下特点：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；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。
2．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，核糖替代了脱氧核糖，尿嘧啶(U)替代了胸腺嘧啶(T)。RNA分子一般呈单链状结构，比DNA分子小得多。
3．基因
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。
4．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。在细胞繁殖分裂过程中，会发生DNA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。
5．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。
6．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。
7．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。
总结归纳核酸的类别及其比较
课堂检测
1．(2020·四川省高三检测)化学与生活密切相关，下列说法错误的是( )
A．硅酸盐陶瓷化学性质稳定，耐氢氟酸、碱的腐蚀
B．“冰，水为之，而寒于水”，说明等质量的冰和水比较，冰的能量更低
C．飞沫传播病毒存在气溶胶，飞沫中有直径为1～100 nm的粒子
D．核酸检测是确认病毒类型的有效手段，核酸是高分子化合物
答案 A
解析 硅酸盐陶瓷化学性质稳定，但能与氢氟酸、 碱反应，故A错误；“冰，水为之，而寒于水”，说明等质量的冰和水比较，冰的温度更低，冰的能量更低，故B正确；飞沫传播病毒存在气溶胶，属于胶体，所以飞沫中有直径为1～100 nm的粒子，故C正确；核酸是由许多核苷酸聚合成的生物大分子化合物，核酸是高分子化合物，故D正确。
2．(2020·江苏省高二期末)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下，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．酶是有机化合物，催化活性与温度有关
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；酶的本质是有机物，绝大多数是蛋白质，极少数是RNA，RNA也是有机物，酶催化活性与温度有关，B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；从图中可分析，该核酸完全水解生成的酸是H3PO4，D错误。
3．(2020·天津高三模拟)2020年的春节期间，新冠病毒肆虐。因为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 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错误；核酸水解的最终产物是磷酸、戊糖和碱基，故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；核酸有核糖核酸和脱氧核糖核酸两类，分别是RNA和DNA，它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。
4．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；生物体遗传信息的载体是DNA，D错误。
5．核酸检测对防疫新冠肺炎意义重大。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．胞嘧啶分子式为C4H5N3O，含有的官能团是氨基和肽键
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 根据脱氧核糖核酸结构可知，其中含有的化学键既有不同原子形成的极性共价键，也有C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；胞嘧啶分子式为C4H5N3O，含有的官能团是羰基和碳氮双键、碳碳双键及氨基，C错误；图示为脱氧核糖核酸结构片段，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。
6．(2019·江苏高三月考)化合物G是生命体合成核酸的必需前体物质，对机体免疫功能和修复具有重要作用。化合物G 的一种合成路线如下：
eq \(――→,\s\up7(SOCl2),\s\d5(吡啶))eq \(――――→,\s\up7(Ⅰ.NaOH),\s\d5(Ⅱ.H2O/H＋))eq \(――→,\s\up7(PCl3))eq \(――→,\s\up7(E),\s\d5(NaOH)) eq \(――――→,\s\up7(NH3/H2O))
(1)化合物A中含氧官能团的名称为 和 。
(2)化合物E的分子式为C5H10O3N2，其结构简式为 ；由F→G的反应类型为 。
(3)一定条件下F可转化为H()，写出同时满足下列条件的H的一种同分异构体的结构简式： 。
①能与FeCl3溶液发生显色反应；②能与盐酸反应；③分子中只含有3种不同化学环境的氢原子。
(4)已知：①RCHOeq \(――→,\s\up7(HCN),\s\d5(H＋))
请写出以为原料制备的合成路线流程图(无机试剂任用，合成路线流程图示例见本题题干)。
答案 (1)羟基 酯基
(2) 取代反应
(3)(或)
(4)
解析 (1)根据A的结构简式，推出含有的官能团是羟基和酯基，含氧官能团是羟基和酯基。(2)对比D和F的结构简式，以及E的分子式，D和E发生取代反应，E中氨基上的氢原子取代D中的氯原子，推出E的结构简式为：，对比F和G的结构简式，NH3中氢原子取代F中氯原子的位置，发生的反应是取代反应。(3)①能和FeCl3发生显色反应，说明含有酚羟基，②能与盐酸反应，说明含有氨基，③只含有3种不同环境的氢原子，说明是对称结构，因此结构简式为：或 。
(4)根据题目中的信息，先发生氧化反应，然后和HCN反应，再和PCl3反应，路线见答案。
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