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第四章 生物大分子
第三節(jié) 核酸
核酸與蛋白質(zhì)一樣，是一切生物機體不可缺少的組成部分。
核酸是現(xiàn)代生物化學、分子生物學和醫(yī)學的重要基礎(chǔ)之一。
核酸
——遺傳信息的攜帶者
1.了解脫氧核糖核酸、核糖核酸的結(jié)構(gòu)特點和生物功能；知道核酸與核苷酸、戊糖、堿基、磷酸之間的關(guān)系；
2.能辨識核糖核酸、脫氧核糖核酸中的磷脂鍵，能從結(jié)構(gòu)角度認識核酸分子的形成過程及水解過程；
3.能基于氫鍵分析堿基配對原理，形成對DNA雙螺旋空間結(jié)構(gòu)的認知。
一、核酸的組成
因最早在細胞核中發(fā)現(xiàn)，并具有酸性，故名核酸。核酸是生物體遺傳信息的攜帶者，絕大多數(shù)生物體的遺傳物質(zhì)是DNA，少數(shù)生物體的遺傳物質(zhì)是RNA。核酸在生物體的生長、繁殖、遺傳和變異等生命現(xiàn)象中起著重要的作用。
天然的核酸
脫氧核糖核酸(DNA)，主要分布在細胞核中
核糖核酸(RNA)，主要分布在細胞質(zhì)中
核酸是一種生物大分子，相對分子質(zhì)量可達上百萬，在酶的作用下，可以發(fā)生水解反應，過程如下：
核酸的元素組成:
C、H、O、N、P
核酸的基本單元，核苷酸一個接一個形成的聚核苷酸鏈就是核酸
核酸可以看作磷酸、戊糖和堿基通過一定方式結(jié)合而成的生物大分子。其中的戊糖是核糖或脫氧核糖，它們均以環(huán)狀結(jié)構(gòu)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)。堿基是具有堿性的雜環(huán)有機化合物，堿基與戊糖縮合形成核苷，核苷與磷酸縮合形成了組成核酸的基本單元—核苷酸，核苷酸縮合聚合可以得到核酸：
戊糖
堿基
縮合
水解
縮合聚合
水解
核苷
磷酸
縮合
水解
核苷酸
核酸
Ⅰ.腺嘌呤核苷和腺嘌呤核苷酸是生產(chǎn)核酸類藥物的中間體,請在以下結(jié)構(gòu)簡式中找出戊糖、堿基和磷酸所對應的部分。
戊糖
戊糖
思考與討論
腺嘌呤核苷
腺嘌呤核苷酸
磷酸
堿基
堿基
二、核酸的結(jié)構(gòu)
1.DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)特點
(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(jié)構(gòu)。
(2)每條鏈中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，堿基排列在內(nèi)側(cè)。
(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(jié)合成堿基對，遵循堿基互補配對原則。
堿基互補配對時形成氫鍵示意圖（虛線表示氫鍵）
RNA也是以核苷酸為基本構(gòu)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(jié)構(gòu)，比DNA分子小得多。
2．RNA的結(jié)構(gòu)特點
尿嘧啶
不同氨基酸分子中的氨基與羧基通過脫水縮合生成肽鍵，相互連接形成多肽，多肽通過盤曲折疊形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。因此，DNA分子對應蛋白質(zhì)分子；核苷酸是形成核酸的基本結(jié)構(gòu)單元，對應形成蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元氨基酸；磷酯鍵則與肽鍵相對應。
Ⅱ.DNA分子的多聚核苷酸鏈中，核苷酸之間通過磷酯鍵連接。請類比蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，指出DNA分子、核苷酸和磷酯鍵分別對應于蛋白質(zhì)的哪些部分。
思考與討論
游離的
核苷酸
三、核酸的生物功能
核酸是生物體遺傳信息的載體。有一定堿基排列順序的DNA片段含有特定的遺傳信息，稱為基因。
2.核酸的生物功能
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(zhì)的合成來影響生物體特定性狀的發(fā)生和發(fā)育。
1.基因：
(1)DNA分子的復制
RNA在蛋白質(zhì)生物合成中起重要作用。
根據(jù)DNA提供的信息控制體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成。
(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
1981年，人工合成了具有生物活性的核酸分子(酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸)
1999年，我國參與人類基因組計劃,成為參與該項計劃的唯一發(fā)展中國家。
2002年，我國科學家完成了水稻基因組圖譜的繪制。
4.核酸研究的意義
①使人們深入認識生命活動規(guī)律，更好地利用生物資源
②有助于提高疾病診斷和治療水平，促進醫(yī)學、農(nóng)業(yè)等的發(fā)展。
聚合酶鏈反應
聚合酶鏈反應是一種在生物體外擴增DNA片段的重要技術(shù)，可使痕量的DNA擴增幾百萬倍。人體毛發(fā)、血液和古生物殘骸中的痕量DNA，都能通過這項技術(shù)加以擴增，以便在檢測后獲得相關(guān)的生物學信息。目前，自動化PCR儀已經(jīng)出現(xiàn)，可以快速進行DNA擴增和分析，廣泛應用于疾病診斷、司法鑒定和考古研究等領(lǐng)域。
科學·技術(shù)·社會
[練一練]
1.判斷正誤
(1)核酸分為DNA和RNA,是一類含磷的生物高分子。 (　　)
(2)蛋白質(zhì)和核酸都是由單體構(gòu)成的多聚體,其結(jié)構(gòu)的多樣性都取決于單體的排序多樣性。(　　)
(3)蛋白質(zhì)的N元素主要存在于肽鍵中,核酸的N元素存在于堿基中。(　　)
(4)人的遺傳物質(zhì)徹底水解后可得到6種小分子。(　　)
(5)判斷核酸種類可依據(jù)戊糖或堿基的種類。(　　)
2．DNA是生物體的重要組成物質(zhì),在它的堿基對中儲存著遺傳信息,與生物的生長、發(fā)育等正常生命活動以及癌變、突變等異常生命活動密切相關(guān)。下列有關(guān)DNA的說法中正確的是(　　)
A.核酸就是DNA
B.DNA水解得到的堿基含尿嘧啶(U)
C.DNA水解的最終產(chǎn)物之一戊糖是二糖
D.基因的化學本質(zhì)是DNA分子中能代表某一遺傳性狀的核苷酸序列
D
3.下列有關(guān)核酸的敘述中,正確的是(　　)
A.除病毒外,一切生物體內(nèi)都有核酸存在
B.核酸是由C、H、O、N、P等元素組成的小分子有機化合物
C.核酸是生物的遺傳物質(zhì)
D.組成核酸的基本單位是脫氧核苷酸
C
4.如圖是核酸的基本組成單位核苷酸的結(jié)構(gòu)示意圖,下列說法正確的是(　　)
A.比較組成DNA與RNA的④,只有②存在不同
B.若③是T,則④叫胸腺嘧啶脫氧核糖核酸
C.若③是尿嘧啶,則②是脫氧核糖
D.若②是脫氧核糖,則④構(gòu)成的核酸是遺傳物質(zhì)的主要載體
D
核酸的組成
核酸的結(jié)構(gòu)
核酸的功能
核酸
核苷酸
核苷+磷酸
RNA：單鏈結(jié)構(gòu)
DNA：雙螺旋結(jié)構(gòu)
RNA：傳遞、翻譯、表達信息
DNA：特定的遺傳信息
堿基：A、T、C、G
堿基：A、U、C、G

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