高中化学人教版 (2019)选择性必修3第三节 核酸教案及反思
展开第四章 生物大分子
第三节 核酸
本节课了解核酸、核苷酸的组成、结构。了解脱氧核糖核酸、核糖核酸的结构特点,能辨识核酸中的磷酯键,能基于氢键分析碱基的配对原则,培养宏观辨识与微观探析的科学素养。认识人工合成核酸等的意义,体会化学学科在生命科学发展中所起的重要作用。
课程目标 | 学科素养 |
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教学重点:核酸的组成和结构
教学难点:核酸的组成和结构
讲义 教具
【新课导入】
核酸因其最早在细胞核中发现,并具有酸性,故而得名。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)。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,绝大多数生物体的遗传物质是DNA,少数生物体的遗传物质是RNA。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。
任务一:核酸的组成
- 核酸的定义
【讲解】
核酸是一种生物大分子,相对分子质量可达上百万
- 核酸的分类
【讲解】
核酸分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),绝大多数生物体的遗传物质是DNA。
- 核酸的组成
【讲解】
核酸可以发生水解反应,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。
- 核酸的水解的过程
- 核酸的组成元素
【讲解】
核酸是由C、H、O、N、P元素组成。
- 认识戊糖和碱基
【讲解】
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。
(1) 戊糖
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)。
(2) 碱基——碱基是具有碱性的杂环有机化合物
①RNA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。
②DNA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。
碱基的名称(符号)和结构简式
①腺嘌呤(A):。 ②鸟嘌呤(G):。 ③胞嘧啶(C):。
④胸腺嘧啶(T):。 ⑤尿嘧啶(U):。
- 核酸的合成和水解
【归纳总结】
组成 | 脱氧核糖核(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) |
【学生活动】
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找出戊糖、碱基和磷酸所对应的部分。
【拓展活动】
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,磷酸与磷酸之间形磷酸酐键。
(3)ATP的水解过程的能量变化
【过渡】
20世纪50年代初,沃森和克里克致力于研究DNA的分子结构。他们利用DNA晶体的X射线衍射等数据搭建分子结构模型。
DNA的结构十分复杂,直到1953年,科学家在深入研究DNA晶体X射线衍射数据的基础上,提出了DNA分子的双螺旋结构模型。
任务二:核酸的结构
1、DNA的双螺旋结构特点
【讲解】
(1)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。
(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。
2.RNA的结构
【讲解】
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。
【过渡】
早期的研究仅将核酸看成是细胞中的一般化学成分,没有人注意到它在生物体内有什么功能这样的重要问题。核酸在生物体内有怎么样的功能?
任务三:核酸的生物功能
1.认识基因
【讲解】
基因:有一定碱基排列顺序的DNA片段含有特定的遗传信息
2.核酸生物功能
【讲解】
(1)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。
(2)RNA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.中国在核酸的研究中的贡献
(1)1981年,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,参与了人类基因组计划。
(3)2002年,完成了水稻基因组图谱的绘制。
任务四:知识建构
- 确定有机化合物组成和结构的方法很多,下列说法错误的是
A. 质谱仪可用于有机物相对分子质量的测定
B. 异丁烷的核磁共振氢谱中有2组峰
C. 核酸是生物体遗传信息的载体,通过红外光谱可检测其结构中存在多种单键、双键、氢键等化学键
D. 射线衍射法测得环异戊二烯的结构为,其所有原子不可能共平面
【答案】C
【解析】
A.质谱仪可用于有机物相对分子质量的测定,故A正确;
B.异丁烷有两种化学环境不同的氢原子,则核磁共振氢谱中有2组峰,故B正确;
C.红外光谱能够体现有机物的特征结构片段,通过红外光谱可检测其结构中存在多种单键、双键等化学键,氢键不属于化学键,故C错误;
D.射线衍射法测得环异戊二烯的结构为,存在饱和碳原子,存在四面体结构,其所有原子不可能共平面,故D正确。
- 下列说法中不正确的是
A. 组成天然蛋白质的氨基酸几乎都是氨基酸
B. 利用盐析可以分离和提纯蛋白质
C. DNA是生物体遗传信息的载体,蛋白质合成的模板
D. 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
【答案】D
【解析】
A.组成天然蛋白质的氨基酸几乎都是氨基酸,故A正确;
B.盐析不改变蛋白质的生理活性,蛋白质只是暂时失去溶解性,利用多次盐析和溶解可分离、提纯蛋白质,故B正确;
C.DNA主要存在于细胞核中,它是生物体遗传信息的载体,蛋白质合成的模板,故C正确;
D.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。
故选D。
- 下列哪种化合物不属于高分子化合物
A. 牛胰岛素 B. 谷氨酸 C. 核酸 D. 纤维素
【答案】B
【解析】
A.牛胰岛素的相对分子质量较大,属于高分子化合物,故A错误;
B.谷氨酸的相对分子质量较小,不属于高分子化合物,故B正确;
C.核酸的相对分子质量较大,属于高分子化合物,故C错误;
D.纤维素的相对分子质量较大,属于天然的高分子化合物,故D错误。
故选B。
- 下列说法不正确的是
A. 酶的催化条件通常比较温和
B. 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
C. DNA是生物体遗传信息的载体、蛋白质合成的模板
D. 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
【答案】D
【解析】略
- 脱氧核糖核酸的结构片段如图:其中以或者表示氢键
它在酶和稀盐酸中可以逐步发生水解,下列关于该高分子的说法不正确的是
A. 完全水解产物中,含有磷酸、戊糖和碱基
B. 完全水解产物的单个分子中,一定含有官能团和
C. 氢键对该高分子的性能有很大影响
D. 其中碱基的一种结构简式为
【答案】B
【解析】
由结构可知,完全水解产物中,含有磷酸、戊糖和碱基,故A正确;
B.生成的戊糖、磷酸中不含,故B错误;
C.分子中存在、等氢键,影响高分子的性能,故C正确;
D.由结构简式可知其中碱基的一种结构简式为,故D正确。
故选:B。
本节课了解核酸、核苷酸的组成、结构。了解脱氧核糖核酸、核糖核酸的结构特点,能辨识核酸中的磷酯键,能基于氢键分析碱基的配对原则,培养宏观辨识与微观探析的。了解核酸的生物功能,能说明核酸对于生命遗传的意义,培养科学探究和社会责任的科学素养 。
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