第四章生物大分子

第三節核酸

本節課了解核酸、核苷酸的組成、結構。了解脫氧核糖核酸、核糖核酸的結構特點，能辨識核

酸中的磷酯鍵，能基于氫鍵分析堿基的配對原則，培養宏觀辨識與微觀探析的科學素養。認識人工

合成核酸等的意義，體會化學學科在生命科學發展中所起的重要作用。

課程目標學科素養

1.了解核酸、核苷酸的組成、結構。a.宏觀辨識與微觀探析：了解脫氧核糖核酸、核糖核

2.認識人工合成核酸等的意義，體會化學酸的結構特點，能辨識核酸中的磷酯鍵，能基于氫鍵

學科在生命科學發展中所起的重要作用。分析堿基的配對原則。

b.科學探究和社會責任：了解核酸的生物功能，能說

明核酸對于生命遺傳的意義。

教學重點：核酸的組成和結構

教學難點：核酸的組成和結構

講義教具

【新課導入】

核酸因其最早在細胞核中發現，并具有酸性，故而得名。天然的核酸根據其組成中所含戊糖的不同，

分為脫氧核糖核酸(DNA）和核糖核酸(RNA)。一系列生物學實驗的結果表明,核酸是生物體遺傳信息

的攜帶者,絕大多數生物體的遺傳物質是DNA,少數生物體的遺傳物質是RNA。核酸在生物體的生長、

繁殖、遺傳和變異等生命現象中起著重要的作用。

任務一：核酸的組成

1.核酸的定義

【講解】

核酸是一種生物大分子，相對分子質量可達上百萬

2.核酸的分類

【講解】

核酸分為脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)，絕大多數生物體的遺傳物質是DNA。

3.核酸的組成

【講解】

核酸可以發生水解反應，核酸是由許多核苷酸單體形成的聚合物。核苷酸進一步水解得到磷酸和核

苷，核苷繼續水解得到戊糖和堿基。

4.核酸的水解的過程

5.核酸的組成元素

【講解】

核酸是由C、H、O、N、P元素組成。

6.認識戊糖和堿基

【講解】

核酸可以看作磷酸、戊糖和堿基通過一定方式結合而成的生物大分子。

(1)戊糖

戊糖是核糖或脫氧核糖，它們均以環狀結構存在于核酸中，對應的核酸分別是核糖核酸(RNA）和脫

氧核糖核酸(DNA)。

(2)堿基——堿基是具有堿性的雜環有機化合物

①RNA中的堿基主要有腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)四種。

②DNA中的堿基主要有腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)四種。

堿基的名稱(符號)和結構簡式

①腺嘌呤(A)：。②鳥嘌呤(G)：。③胞嘧啶(C)：。

④胸腺嘧啶(T)：。⑤尿嘧啶(U)：。

7.核酸的合成和水解

【歸納總結】

組成脫氧核糖核(DNA)核糖核酸(RNA)

磷酸都含有

戊糖脫氧核糖核糖

核苷堿相同腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)

基不同胸腺嘧啶(T)尿嘧啶(U)

【學生活動】

腺嘌呤核苷和腺嘌呤核苷酸是生產核酸類藥物的中間體，請在以下結構簡式中找出戊糖、堿基和磷

酸所對應的部分。

【拓展活動】

腺苷三磷酸(ATP)

(1)形成：腺嘌呤核苷中的核糖羥基與磷酸反應，可形成腺苷酸(AMP)、腺苷二磷酸(ADP)及腺苷三磷

酸(ATP)。

(2)ATP中的特殊鍵

磷酸與核糖之間通過磷酯鍵連接，磷酸與磷酸之間形磷酸酐鍵。

(3)ATP的水解過程的能量變化

【過渡】

20世紀50年代初，沃森和克里克致力于研究DNA的分子結構。他們利用DNA晶體的X射線衍射

等數據搭建分子結構模型。

DNA的結構十分復雜，直到1953年，科學家在深入研究DNA晶體X射線衍射數據的基礎上，提

出了DNA分子的雙螺旋結構模型。

任務二：核酸的結構

1、DNA的雙螺旋結構特點

【講解】

(1)DNA分子由兩條多聚核苷酸鏈組成，兩條鏈平行盤繞，形成雙螺旋結構。

(2)每條鏈中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側，堿基排列在內側。

(3)兩條鏈上的堿基通過氫鍵作用，腺嘌呤(A)與胸腺嘧啶(T)配對，鳥嘌呤(G)與胞嘧啶(C)配對，結合

成堿基對，遵循堿基互補配對原則。

2．RNA的結構

【講解】

RNA也是以核苷酸為基本構成單位，其中的戊糖和堿基與DNA中的不同，核糖替代了脫氧核糖，

尿嘧啶(U)替代了胸腺嘧啶(T)。RNA分子一般呈單鏈狀結構，比DNA分子小得多。

【過渡】

早期的研究僅將核酸看成是細胞中的一般化學成分，沒有人注意到它在生物體內有什么功能這樣的

重要問題。核酸在生物體內有怎么樣的功能？

任務三：核酸的生物功能

1．認識基因

【講解】

基因：有一定堿基排列順序的DNA片段含有特定的遺傳信息

2．核酸生物功能

【講解】

(1)DNA分子的復制

親代DNA分子的兩條鏈解開后作為母鏈模板，在酶的作用下，利用游離的核苷酸各自合成一段與母

鏈互補的子鏈。最后形成兩個與親代DNA完全相同的子代DNA分子，使核酸攜帶的遺傳信息通過

DNA復制被精確地傳遞給下一代，并通過控制蛋白質的合成來影響生物體特定性狀的發生和發育。

(2)RNA的生物功能

RNA主要負責傳遞、翻譯和表達DNA所攜帶的遺傳信息。

3．中國在核酸的研究中的貢獻

(1)1981年，人工合成了具有生物活性的核酸分子——酵母丙氨酸轉移核糖核酸。

(2)1999年，參與了人類基因組計劃。

(3)2002年，完成了水稻基因組圖譜的繪制。

任務四：知識建構

1.確定有機化合物組成和結構的方法很多，下列說法錯誤的是

A.質譜儀可用于有機物相對分子質量的測定

B.異丁烷的核磁共振氫譜中有2組峰

C.核酸是生物體遺傳信息的載體，通過紅外光譜可檢測其結構中存在多種單鍵、雙鍵、氫鍵等

化學鍵

D.射線衍射法測得環異戊二烯的結構為，其所有原子不可能共平面

【答案】C

【解析】

A.質譜儀可用于有機物相對分子質量的測定，故A正確；

B.異丁烷有兩種化學環境不同的氫原子，則核磁共振氫譜中有2組峰，故B正確；

C.紅外光譜能夠體現有機物的特征結構片段，通過紅外光譜可檢測其結構中存在多種單鍵、雙鍵等

化學鍵，氫鍵不屬于化學鍵，故C錯誤；

D.射線衍射法測得環異戊二烯的結構為，存在飽和碳原子，存在四面體結構，其所有原

子不可能共平面，故D正確。

2.下列說法中不正確的是

A.組成天然蛋白質的氨基酸幾乎都是氨基酸

B.利用鹽析可以分離和提純蛋白質

C.DNA是生物體遺傳信息的載體，蛋白質合成的模板

D.RNA主要存在于細胞核中，它根據DNA提供的信息控制體內蛋白質的合成

【答案】D

【解析】

A.組成天然蛋白質的氨基酸幾乎都是氨基酸，故A正確；

B.鹽析不改變蛋白質的生理活性，蛋白質只是暫時失去溶解性，利用多次鹽析和溶解可分離、提純

蛋白質，故B正確；

C.DNA主要存在于細胞核中，它是生物體遺傳信息的載體，蛋白質合成的模板，故C正確；

D.RNA主要存在于細胞質中，根據DNA提供的信息控制體內蛋白質的合成，故D錯誤。

故選D。

3.下列哪種化合物不屬于高分子化合物

A.牛胰島素B.谷氨酸C.核酸D.纖維素

【答案】B

【解析】

A.牛胰島素的相對分子質量較大，屬于高分子化合物，故A錯誤；

B.谷氨酸的相對分子質量較小，不屬于高分子化合物，故B正確；

C.核酸的相對分子質量較大，屬于高分子化合物，故C錯誤；

D.纖維素的相對分子質量較大，屬于天然的高分子化合物，故D錯誤。

故選B。

4.下列說法不正確的是

A.酶的催化條件通常比較溫和

B.核酸一般由幾千到幾十萬個原子組成，相對分子質量可達十幾萬至幾百萬

C.DNA是生物體遺傳信息的載體、蛋白質合成的模板

D.RNA主要存在于細胞核中，它根據DNA提供的信息控制體內蛋白質的合成

【答案】D

【解析】略

5.脫氧核糖核酸的結構片段如圖：其中以或者表示氫鍵

它在酶和稀鹽酸中可以逐步發生水解，下列關于該高分子的說法不正確的是

A.完全水解產物中，含有磷酸、戊糖和堿基

B.完全水解產物的單個分子中，一定含有官能團和

C.氫鍵對該高分子的性能有很大影響

D.其中堿基的一種結構簡式為

【答案】B

【解析】

由結構可知，完全水解產物中，含有磷酸、戊糖和堿基，故A正確；

B.生成的戊糖、磷酸中不含，故B錯誤；

C.分子中存在、等氫鍵，影響高分子的性