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第三節 核酸
第四章　生物大分子
核酸的結構及生物功能
2
核酸的組成和分類
1
本節重點
本節難點
生物所特有的生長和繁殖機能以及遺傳與變異的特征都是核蛋白起著主要作用，其由蛋白質和核酸所組成。
不會飛的刺猬
不會行走的石斑
不會游泳的老鷹
蛋白質是生物體用以表達各項功能的工具，而核酸是生物用來制造蛋白質的模型，沒有核酸就沒有蛋白質。
2021年國內首例癌癥患者被治愈，CAR-T療法一針120萬
CAR-T療法
CAR-T療法的全稱是嵌合抗原受體T細胞療法，用基因工程技術，把一個含有能識別腫瘤細胞且激活T細胞的嵌合抗原受體的病毒載體轉入T細胞，即把T細胞改造成CAR-T細胞。
核酸的組成和分類
核酸的分類
天然的核酸根據其組成中所含戊糖的不同，分為核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)
科學家是如何如何測定核酸分子的結構呢
1965年，美國康奈爾大學的生化學家羅伯特·霍利采用類似蛋白質測序“化整為零”的方法(通過化學反應使共價鍵斷裂，將其分解成較小片段，然后通過分析產物來推測大分子的組成和結構)，耗時7年(3年分離RNA，4年測序)測定了一條只有77個堿基的酵母轉運RNA序列，這算得上第一個被測定序列的核酸分子。
核酸的組成和分類
探究一：RNA的一級結構
核
酸
核
苷
酸
核苷
酶
水解
酶
水解
磷酸
苷是糖苷的簡稱，是單糖或寡糖的羥基與另一個化合物的羥基或氨基等脫水縮合，形成糖苷鍵而得到的一類有機化合物
核酸水解產物
核酸的組成和分類
探究一：RNA的一級結構
核
酸
核
苷
酸
磷酸
核苷
酶
水解
酶
水解
酶
水解
脫氧核糖
核糖
苷是糖苷的簡稱，是單糖或寡糖的羥基與另一個化合物的羥基或氨基等脫水縮合，形成糖苷鍵而得到的一類有機化合物
核酸水解產物
戊糖
核酸的組成和分類
探究一：RNA的一級結構
腺嘌呤(A)
鳥嘌呤(G)
胞嘧啶(C)
胸腺嘧啶(T)
尿嘧啶(U)
核酸水解產物
核
酸
核
苷
酸
磷酸
核苷
戊糖
核糖
脫氧核糖
堿基
酶
水解
酶
水解
酶
水解
堿基
戊糖
磷酸
戊糖
堿基
【例1】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
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
合成多聚核苷酸鏈
核酸的組成和分類
探究一：RNA的一級結構
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
縮合
縮合
縮合聚合
戊糖
核苷
核苷酸
核酸
堿基
磷酸
水解
水解
水解
磷脂鍵
糖苷鍵
合成多聚核苷酸鏈
核酸的組成和分類
探究一：RNA的一級結構
縮合
脫水
OH
HO
OH
O
P
縮合
脫水
腺嘌呤核糖核苷酸
合成多聚核苷酸鏈
核酸的組成和分類
探究一：RNA的一級結構
鳥嘌呤核糖核苷酸
胞嘧啶核糖核苷酸
尿嘧啶核糖核苷酸
磷脂鍵
合成多聚核苷酸鏈
核酸的組成和分類
探究一：RNA的一級結構
胞嘧啶
核糖核苷酸
腺嘌呤
核糖核苷酸
縮聚
脫水
多聚核糖核苷酸鏈
堿基配對的本質
核酸的組成和分類
探究二：RNA的二級結構
酵母丙氨酸轉移核糖核酸中：腺嘌呤(A)與尿嘧啶(U) 配對
鳥嘌呤(G) 與胞嘧啶(C) 配對
思考：從結構的角度分析堿基配對的本質
堿基配對的本質
核酸的組成和分類
探究二：RNA的二級結構
N
N
O
H
O
H
N
N
N
N
N
H
H
H
腺嘌呤(A)
尿嘧啶(U)
N
N
N
O
N
H
N
H
H
H
N
N
N
H
O
H
H
鳥嘌呤(G)
胞嘧啶(C)
氫鍵
堿基配對的本質
核酸的組成和分類
探究二：RNA的二級結構
酵母丙氨酸轉移核糖核酸中：腺嘌呤(A)與尿嘧啶(U) 配對
鳥嘌呤(G) 與胞嘧啶(C) 配對
氫鍵
核酸的組成和分類
探究二：RNA的二級結構
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
已知：DNA由磷酸、脫氧核糖、腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶組成，根據RNA分子的形成過程，分析：形成腺嘌呤脫氧核糖核苷酸的過程
O
OH
H
OH
H
H
H
CH2OH
H
OH
HO
OH
O
P
N
N
N
NH2
N
H
N
N
N
O
N
H
NH2
H
N
N
NH2
H
O
N
N
O
H
O
H3C
H
腺嘌呤(A)
鳥嘌呤(G)
胞嘧啶(C)
胸腺嘧啶(T)
磷酸
脫氧核糖
分析脫氧核糖核苷酸的形成過程
核酸的組成和分類
探究三：探究DNA的結構
糖苷鍵
縮合
脫水
縮合
脫水
磷脂鍵
腺嘌呤脫氧核糖核苷酸
脫氧核糖核苷酸之間相互作用最終形成DNA分子，分析：DNA分子的結構嗎
磷酸
脫氧
核糖核酸
胞嘧啶
鳥嘌呤
腺嘌呤
胸腺嘧啶
氫鍵
DNA 分子的雙螺旋結構具有以下特點
核酸的組成和分類
探究三：探究DNA的結構
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
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
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
核酸的組成和分類
歸納總結
核酸是由核苷酸單體形成的聚合物，是生物體遺傳信息的載體
核
酸
核
苷
酸
磷酸
核苷
RNA
單鏈狀結構
DNA
雙螺旋結構
形成磷酯鍵
戊糖
堿基
氫鍵作用
多聚核苷酸鏈
堿基互補配對原則
水解
縮合聚合
水解
縮合
水解
縮合
縮合
聚合
DNA分子對應于蛋白質中的____________
核苷酸對應于蛋白質中的___________
磷酯鍵對應于蛋白質中的_________
蛋白質分子
氨基酸
肽鍵
【例1】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：蛋白質的結構，指出 DNA 分子、 核苷酸和磷酯鍵分別對應蛋白質的哪些部分。
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，被稱為基因
核酸的生物功能
核酸的生物功能
細胞增殖過程中，會發生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
1981年，我國科學家采用有機合成與酶促合成相結合的方法，人工合成了具有生物活性的核酸分子——酵母丙氨酸轉移核糖核酸
人工合成核酸的意義
我國在核酸的研究中取得的成績
1999 年，我國參與了人類基因組計劃，成為參與該項計劃的唯一發展中國家
2002年，我國科學家完成了水稻基因組圖譜的繪制
基因治療
許多遺傳性疾病發生的原因是由于患者細胞內脫氧核糖核酸上的遺傳密碼(基因)發生錯誤，因此，通過基因工程技術,把健康人的正常基因移植到患者細胞內，來取代或者矯正患者所缺陷的基因，以達到根治遺傳性疾病的方法，稱為基因療法。
1．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。下列不屬于核酸組成元素的是
A．碳
B．氧
C．硫
D．磷
【答案】C
【詳解】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，根據結合的物質分析得到核酸中含有C、H、O、N、P等元素，不含有硫；
2．下列有關核酸的敘述中錯誤的是
A．生物體內具有有遺傳功能的大分子化合物
B．核酸包括 DNA和RNA
C．由含氮堿基、脫氧核糖和磷酸組成
D．核酸為生命之源
【答案】C
【解析】核酸包括 DNA和RNA，DNA由含氮堿基、脫氧核糖和磷酸組成，RNA由含氮堿基、核糖和磷酸組成，不能說核酸由含氮堿基、脫氧核糖和磷酸組成。
3．下列物質中屬于生物大分子的是
A．核苷酸
B．硬脂酸甘油酯
C．人工結晶牛胰島素
D．聚乳酸
【答案】C
【分析】生物大分子是指由許多單體組成的多聚體，如蛋白質、多糖和核酸等。
【詳解】A．核苷酸是組成核酸的單體，不是生物大分子，A錯誤；
B．.硬脂酸甘油酯是脂肪，不是生物大分子，B錯誤；
C．人工結晶牛胰島素是蛋白質，是生物大分子，C正確；
D．聚乳酸是人工合成的，不是生物大分子，D錯誤；
4．脫氧核糖核酸(DNA)分子的局部結構示意圖如下，它是由脫氧核糖、磷酸及堿基形成脫氧核糖核苷酸后，脫氧核糖核苷酸聚合成脫氧核糖核苷酸鏈進而形成的。
下列說法不正確的是
A．磷酸與脫氧核糖分子通過醚鍵結合
B．堿基分子在形成脫氧核糖核苷酸時均斷N-H鍵
C．脫氧核糖、磷酸、堿基通過分子間脫水形成脫氧核糖核苷酸
D．堿基G與C、A與T互補配對原則的原因是氫鍵數目最多、結構最穩定
【答案】A
【詳解】A．由圖可知，磷酸與脫氧核糖分子通過磷酸酯鍵結合在一起的，A錯誤；
B．由圖可知，堿基和脫氧核糖核苷酸是緊密相連的，它們之間通過N-糖苷鍵連接，則堿基分子在形成脫氧核糖核苷酸時均斷N-H鍵，B正確；
C．堿基與脫氧核糖通過脫水縮合形成核苷，核苷分子中五碳糖上的羥基與磷酸脫水，通過磷酯鍵結合形成核苷酸，C正確；
D．堿基之間形成的氫鍵數目越多，結構越穩定，故堿基G與C、A與T互補配對原則的原因是氫鍵數目最多、結構最穩定，D正確；
故選A。
5．下圖為DNA分子的局部結構示意圖。下列說法不正確的是
A．DNA是一種生物大分子，分子中四種堿基均含N—H鍵
B．脫氧核糖分子、磷酸分子、堿基可通過脫水形成脫氧核糖核苷酸分子
C．-NH2氮原子能提供孤電子對與H+的空軌道形成配位鍵，因此能與酸反應
D．圖中虛線表示堿基互補配對(A和T、C和G)時形成的化學鍵
【答案】C
【詳解】
A．生物大分子是指生物體細胞內存在的蛋白質、核酸、多糖等大分子，DNA是一種生物大分子，分子中四種堿基均含N—H鍵，A正確；
B．脫氧核糖分子、磷酸分子、堿基可通過脫水形成脫氧核糖核苷酸分子，B正確；
C．-NH2氮原子能提供孤電子對與H+的空軌道形成配位鍵，但并不是能與酸反應，C錯誤；
D．由圖可知虛線表示堿基互補配對(A和T、C和G)時形成的化學鍵，D正確；
比較
第三節 核酸
組成
結構
分類
組成
DNA的結構
RNA的結構
形成
功能
生物體遺傳信息的載體
DNA作用：決定生物體一系列性狀
RNA作用：傳遞、翻譯和表達DNA所攜帶的遺傳信息
THANKS

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