人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第5节 核酸是遗传信息的携带者导学案

2.5 核酸是遗传信息的携带者

1.概述核酸是由核苷酸聚合形成的，是储存和传递遗传信息的生物大分子。

2.通过分析DNA和RNA的化学组成，说明DNA和RNA的区别。

3.说出生物大分子的种类，概述生物大分子以碳链为骨架的结构特点，理解单体和多聚体的含义。

知识点01  核酸的种类和分布

核酸分脱氧核糖核酸（简称DNA）和核糖核酸（简称RNA）两大类。真核生物的DNA主要分布在细胞核中，线粒体和叶绿体内也含有少量的DNA。RNA主要分布在细胞质中。

知识点02  核酸是由核苷酸连接而成的长链

1.核酸的基本组成单位是核苷酸，组成核苷酸的三个分子相互连接的方式可表示为（或磷酸—五碳糖+碱基）。DNA是由脱氧核苷酸连接而成的长链（一般两条），RNA则是由核糖核苷酸连接而成的长链（一般一条）。

2.DNA和RNA比较

【归纳总结】

①凡细胞中一定含有两种核酸，DNA和RNA，遗传物质一定是DNA。

②绝大多数病毒中的遗传物质是DNA，只有少数病毒的遗传物质是RNA，但日常生活中，常常被人们提及的往往是RNA病毒，这是因为RNA病毒对人类健康危害较大。

③没有特殊信息指明，DNA默认为双链，RNA默认是单链。

知识点03  生物大分子以碳链为骨架

1.在构成细胞的化合物中，多糖、蛋白质、核酸都是生物大分子。

2.组成多糖的基本单位是单糖，组成蛋白质的基本单位是氨基酸，组成核酸的基本单位是核苷酸，这些基本单位称为单体。每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的为碳链基本骨架。生物大分子是由许多单体连接成的多聚体。

【特别提醒】常见生物大分子的初步水解产物、彻底水解的产物、代谢终产物

考法01  核酸的结构层次

核酸的结构层次如下图所示：

1.组成核酸的元素有C、H、O、N、P 5种。

2.核酸的基本组成单位是核苷酸，一分子核苷酸有一分子磷酸、一分子五碳糖和一分子碱基构成，三者之间连接是“磷酸—五碳糖—碱基”，如图。

3.核酸初步水解的产物是核苷酸，彻底水解的产物是磷酸、五碳糖、碱基。

【典例1】DNA完全水解后，得到的化学物质是(　　)

A．氨基酸、葡萄糖、含氮碱基

B．脱氧核糖、含氮碱基、磷酸

C．氨基酸、核苷酸、葡萄糖

D．核糖、含氮碱基、磷酸

【答案】B

【解析】DNA又叫脱氧核糖核酸，其初步水解的产物是脱氧核苷酸，彻底水解的产物是脱氧核糖、含氮碱基和磷酸，故选B。

考法02  DNA和RNA的异同

1.DNA与RNA的比较

2.不同生物的核酸、核苷酸、碱基、遗传物质归纳

【典例2】下列关于真核细胞DNA和RNA的比较，正确的是(　　)

A．构成的碱基相同

B．构成的五碳糖相同

C．核苷酸之间的连接方式相同

D．在细胞内分布的主要部位相同

【答案】C

【解析】DNA中的碱基为A、T、C、G，RNA中的碱基为A、U、C、G，构成两者的碱基部分相同，A错误。构成真核细胞DNA的五碳糖为脱氧核糖，构成真核细胞RNA的五碳糖为核糖，不相同，B错误。核苷酸之间均通过磷酸二酯键连接，连接方式相同，C正确。DNA主要分布在细胞核，RNA主要分布在细胞质，D错误。

考法03  核酸分子的多样性和特异性

1.核酸分子的多样性体现在：构成核酸(DNA或RNA)的4种核苷酸的数目成千上万，其排列顺序千变万化，因此，决定了核酸(DNA或RNA)分子具有多样性。

2.核酸分子的特异性是指：每个核酸(DNA或RNA)中核苷酸(脱氧核苷酸或核糖核苷酸)的种类、数目和排列顺序是特定的，决定了每一个核酸(DNA或RNA)分子具有特异性。

3.绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数病毒的遗传物质是RNA。

4.DNA多样性、蛋白质多样性和生物多样性的关系

【典例3】分析HIV的化学组成，得到下图所示组成关系，相关叙述正确的是(　　)

A．a→甲的过程在HIV的核糖体上完成

B．乙彻底水解可产生磷酸基、核糖和A、G、T、C四种碱基

C．a与a之间通过“—NH—COOH—”相连接

D．HIV的遗传信息储存在大分子乙中

【答案】D

【解析】首先由图中HIV联想到RNA和蛋白质，然后推出甲、乙两种物质分别是蛋白质和RNA，a、b是构成甲、乙的小分子物质，所以a、b可能是氨基酸和核糖核苷酸，最后根据元素组成再确认甲、a分别是蛋白质和氨基酸，乙、b分别是RNA和核糖核苷酸。HIV无细胞结构，只有侵入宿主细胞，利用宿主细胞的核糖体才能合成自身的蛋白质；RNA中含有U而不含T；氨基酸之间通过肽键“—NH—CO—”相连接；RNA是HIV的遗传物质。

考法04  生物大分子以碳链为骨架

1.单体是指组成生物大分子（多糖、蛋白质、核酸）的基本单位。

2.每个单体都以若干个相连的 C 原子构成的 C 链为基本骨架，多个单体经脱水缩合而成的结构称为多聚体。

【典例4】下列关于生物大分子的叙述，错误的是（　　）

A．生物大分子都以碳链为基本骨架

B．RNA是生物大分子，也能储存遗传信息

C．生物大分子的基本组成单位是单体

D．脂肪作为生物大分子，是细胞良好的储能物质

【答案】D

【解析】生物大分子的单体都以碳链为基本骨架，因此生物大分子都以碳链为基本骨架，A正确；RNA作为一些病毒的遗传物质也能储存遗传信息，核酸是细胞内携带遗传信息的物质，细胞中的核酸包括DNA和RNA，B正确；生物大分子又叫多聚体，其基本组成单位是单体，C正确；脂肪是细胞良好的储能物质，但不属于生物大分子，D错误。

题组A  基础过关练

1．真核细胞的DNA主要分布在（    ）

A．细胞核 B．细胞质基质

C．线粒体 D．叶绿体

1.【答案】A

【解析】真核细胞的遗传物质是DNA，DNA主要分布在细胞核中（少数分布在细胞质中），细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心，A正确。

2．下列元素中，不属于组成核酸的化学元素是（    ）

A．C B．N C．P D．S

2.【答案】D

【解析】组成核酸的化学元素只有C、H、O、N、P5种，不含S元素，D符合题意。

3．如图是某动物细胞，其含有的核酸、核苷酸及碱基种类依次是（    ）

A．1、4、4 B．1、4、5 C．2、4、5 D．2、8、5

3.【答案】D

【解析】该细胞中有细胞核，所以为真核细胞。凡细胞核酸一定是2种，DNA和RNA，组成DNA和RNA的核苷酸各有4种，共8种核苷酸，碱基共5种，包括A、T、C、G、U，D正确。

4．如图所示核苷酸的名称是（　　）

A．尿嘧啶脱氧核苷酸

B．胞嘧啶核糖核苷酸

C．尿嘧啶核糖核苷酸

D．胸腺嘧啶脱氧核苷酸

4.【答案】C

【解析】图中所示核苷酸含有的碱基为尿嘧啶，是RNA特有的碱基，故该五碳糖为核糖，该核苷酸为尿嘧啶核糖核苷酸，是RNA的基本单位之一，C正确。

5．将RNA分子彻底水解后得到的化学物质是（    ）

A．脱氧核糖、磷酸、碱基 B．核糖、磷酸、碱基

C．核苷酸、脱氧核糖、碱基 D．核苷酸、磷酸、碱基

5.【答案】B

【解析】RNA分子初步水解可以得到四种核糖核苷酸，彻底水解后得到的化学物质有含氮碱基、磷酸、核糖，A、C、D错误，B正确。

6．遗传信息的携带者是（    ）

A．核酸 B．蛋白质 C．核苷酸 D．氨基酸

6.【答案】A

【解析】遗传信息的携带者是核酸，其基本组成单位是核苷酸；生命活动的主要承担者是蛋白质，其基本组成单位是氨基酸，A正确。

7.刑侦人员在案发现场查找证据时，耐心收集血液、头发等样品，是为了提取样品中的（    ）

A．DNA B．DNA或RNA

C．RNA D．DNA和RNA

7.【答案】A

【解析】DNA侦破的准确率非常高，原因是绝大多数的生物，其遗传信息就储存在DNA中，而且每个个体的DNA的脱氧核苷酸序列或碱基序列各不相同。故收集血液、头发等样品，是为了提取样品中的DNA，A正确。

8.下列物质中，不属于生物大分子的是（   ）

A.淀粉和糖原       B.DNA和RNA      C.血红蛋白和唾液淀粉酶     D.脂肪和磷脂

8.【答案】D

【解析】生物大分子包括多糖、蛋白质和核酸。淀粉和糖原是多糖，属于生物大分子；DNA和RNA属于核酸，属于生物大分子；血红蛋白和唾液淀粉酶大分子蛋白质，属于生物大分子；脂肪和磷脂不属于生物大分子。

题组B  能力提升练

9.下列关于核酸的说法,正确的是(　　)

A.核酸分为DNA、RNA两类,有的细胞中有DNA,有的细胞中有RNA

B.RNA的单体是脱氧核糖核苷酸,DNA的单体是核糖核苷酸

C.细胞核中的遗传物质是DNA,细胞质中的遗传物质也是DNA

D.核酸是生物遗传信息的携带者,核酸中的碱基代表遗传信息

9.【答案】C

【解析】除哺乳动物成熟红细胞及少数细胞外，所有细胞都同时含有DNA和RNA，A不正确；RNA的单体是核糖核苷酸，DNA的单体是脱氧核糖核苷酸，B不正确；一种生物的遗传物质只有一种，有细胞结构的生物既有DNA又有RNA，其遗传物质是DNA，RNA不起遗传作用，细胞核中的遗传物质是DNA,细胞质中的遗传物质也是DNA，C正确；核酸是生物遗传信息的携带者,遗传信息储存在核酸中的核苷酸排列顺序中，核酸中的碱基不能代表遗传信息，D不正确。

10.T2噬菌体(一种病毒)、烟草叶肉细胞中含有的碱基、核苷酸、五碳糖种类的数目对应关系,正确的是(　　)

A.4、4、1和4、4、1    B.5、8、2和4、4、1

C.4、4、1和5、8、2    D.5、8、2和5、8、2

10.【答案】C

【解析】噬菌体是一种DNA病毒，其核酸只有DNA，所含碱基是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）4种，五糖糖只有脱氧核糖1种，核苷酸有腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸4种；烟草叶肉细胞中含有DNA和RNA，细胞中有碱基5种-腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和鸟嘌呤（U），核苷酸有腺嘌呤脱氧核苷酸、腺嘌呤核糖核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤核糖核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胞嘧啶核糖核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸和尿嘧啶核糖核苷酸8种，五糖糖有核糖和脱氧核糖2种。

11.据报道，英国科学家从人皮肤细胞中提取出细胞核，植入剔除了细胞核的牛卵细胞中，从而培育出人兽混合胚胎。从遗传学角度来看，这种混合胚胎中有99.9%的遗传物质来自人，只有0.1%来自牛。你认为这0.1%的遗传物质最可能存在于牛卵细胞的（　　）

A．细胞核 B．线粒体 C．叶绿体 D．核糖体

11.【答案】B

【解析】具有细胞结构的生物的遗传物质（DNA）绝大多数是来自细胞核，少数遗传物质（DNA）来自于细胞质。人兽混合胚胎是由人皮肤细胞的细胞核和剔除了细胞核的牛卵细胞重组培育而来，因此99.9%的遗传物质来自细胞核，A错误；剔除了细胞核的牛卵细胞含有细胞质，细胞质中线粒体含有少量的遗传物质，故0.1%的遗传物质来自牛的细胞质中的线粒体，B正确；动物细胞无叶绿体，C错误；核糖体中不含遗传物质，D错误。

12.关于下图所示过程的叙述中，错误的是（    ）

A．甲是磷酸，在不同的核苷酸中种类相同

B．乙是五碳糖，在DNA中是脱氧核糖，在RNA中是核糖

C．丙是含氮碱基，在人体细胞遗传物质中有4种

D．丁是核苷酸，新冠病毒中有8种

12.【答案】D

【解析】甲是磷酸，在不同的核苷酸中种类相同，A正确；乙是五碳糖，组成DNA的五碳糖是脱氧核糖，组成RNA的五碳糖是核糖，B正确；丙是含氮碱基，组成DNA的碱基有4种（A、T、C、G）；组成RNA的碱基有4种（A、C、G、U），人体细胞的遗传物质是DNA，所以含有4种碱基，C正确；新冠病毒为单链RNA病毒，含有的核苷酸只有四种，D错误。

13.如图，A为某种核苷酸，B为某核苷酸长链，下列说法错误的是（    ）

A．图A的名称是腺嘌呤核糖核苷酸 B．图B中含有4种核苷酸

C．图B中五碳糖是核糖 D．图A不是图B的物质组成

13.【答案】C

【解析】图A中的五碳糖为核糖，它的名称是腺嘌呤核糖核苷酸，A正确；图B中含有4种碱基，故含有4种脱氧核苷酸，B正确；图B中有碱基T，故为DNA一条链片段，五碳糖是脱氧核糖，C错误；图A是核糖核苷酸，图B一条DNA链片段，图A不是图B的物质组成，D正确。

14.下列关于生物大分子的叙述，不正确的是（   ）

A.蛋白质是以氨基酸为基本单位的生物大分子

B.核酸是能控制生物大分子生物合成的大分子

C.淀粉、糖原、乳糖都是由葡萄糖组成的生物大分子

D.生物大分子以碳链为骨架，是构成细胞的基本框架

14.【答案】C

【解析】在构成细胞的化合物中，多糖、蛋白质、核酸都是生物大分子。蛋白质是以氨基酸为基本单位的生物大分子，A正确；核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生物体的遗传、 变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用，B正确；乳糖是二糖，不是生物大分子，C不正确；以碳链为骨架的多糖、蛋白质、核酸等生物大分子是构成细胞生命大厦的基本框架，D正确。

15.如图为大肠杆菌DNA分子结构的一条脱氧核苷酸长链。请根据图回答下面的问题。

（1）图中1、2、3结合在一起的结构叫　　　　　　,有　　　　种。 

（2）图中3有　　　　种,特有的含氮碱基是　　　　(填名称),2是　　　　。 

（3）此图若为新型冠状病毒的遗传物质,其特有的含氮碱基是　　　　　(填名称)。 

15.【答案】（1）脱氧核苷酸　四   （2）四　胸腺嘧啶　脱氧核糖   （3）尿嘧啶

【解析】（1）DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，在DNA分子的一条脱氧核苷酸长链中1、2、3结合在一起的结构叫脱氧核苷酸,有腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸4种。 

（2）3表示碱基，在DNA分子的一条脱氧核苷酸长链中图中3有腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）4种，特有的含氮碱基是胸腺嘧啶，2是脱氧核糖。 

（3）新型冠状病毒的遗传物质是RNA,其特有的含氮碱基是尿嘧啶。

16.多聚体是由许多相同或相似的基本单位组成的长链，下图表示细胞利用基本单位合成生物大分子的示意图，回答有关问题：

（1）若某种多聚体的基本单位中含有U，则该基本单位的名称为___________，由其参与组成的生物大分子的名称是___________，该生物大分子的功能是___________（写出一条即可）。

（2）若合成的多聚体是组成植物细胞壁的主要成分，则该生物大分子是___________。

（3）若该生物大分子为一个由α、β、γ三条多肽链形成的蛋白质分子（图1表示），共含571个氨基酸，其中二硫键（-S-S-）是蛋白质中一种连接肽链的化学键，由两个巯基（-SH）脱氢形成的，那么：

①据图1可知该蛋白质分子中至少含有___________氧原子。

②假设该蛋白质分子中的α链的分子式为CxHyNzOwS，并且是由图2中四种氨基酸组成的，α链含天冬氨酸___________个。若氨基酸的平均相对分子质量为120，则该蛋白质的相对分子质量为___________。

③γ肽链是一条含121个氨基酸的多肽链，其中含有天冬氨酸5个，分别位于26、71、72、99、121位（见下图），天冬氨酸的结构见图2。

肽酶E1专门水解天冬氨酸羧基端的肽键，肽酶E2专门水解天冬氨酸氨基端的肽键。肽酶E1完全作用后产生的产物中，至少有___________个羧基。

16.【答案】（1）尿嘧啶核糖核苷酸    核糖核酸    是RNA病毒的遗传物质、在蛋白质的生物合成中具有重要的作用   

（2）纤维素   

（3）①573    ②（W-Z-1）/2    58274    ③10   

【解析】（1）含氮碱基U是RNA特有的，RNA的基本单位是核糖核苷酸，若其中含有含氮碱基U，则该基本单位的名称为尿嘧啶核糖核苷酸；由其组成的生物大分子的名称为核糖核酸；RNA的功能包括：是RNA病毒的遗传物质、在蛋白质生物合成中具有重要的作用；

（2）植物细胞壁的主要组成成分是纤维素和果胶，纤维素是由葡萄糖聚合形成的多聚体；

（3）①该蛋白质分子共含有571个氨基酸，包括两条肽链和一个环状肽，氨基酸通过脱水缩合形成肽键，每个肽键中有一个氧原子，共形成569个肽键，至少含有569个氧原子，每条肽链至少有一个游离的羧基，每个羧基中含有两个氧原子，则两条肽链至少有两个羧基4个氧原子，因此，该蛋白质分子至少含有573个氧原子；②由图可知，四种氨基酸都只含有一个N原子，因此分子式为CxHyNzOwS的α链含有Z个氨基酸，脱去的水分子数是Z-1；天冬氨酸含有2个羧基，其他3种氨基酸都只含有一个羧基，因此α链中O原子的数目W=2×Z+2×天冬氨酸的个数-脱水数，则天冬氨酸的数目是（W-Z-1）/2；由于β链为环状，则该蛋白质形成过程中脱水缩合反应共脱去571-2=569个水，由图1可知，该蛋白质形成过程中还形成了2个二硫键，每个二硫键脱去两个氢，若氨基酸的平均相对分子质量为120，则该蛋白质的相对分子质量为571×120-（569×18+2×2）=58274；③分析题意可知，经过肽酶E1的作用之后，将γ肽链水解成4条多肽链和1个天冬氨酸，每条肽链至少含有一个羧基，4条多肽链中共含有4个天冬氨酸，因此，4条多肽链中含有8个羧基，游离的天冬氨酸含有两个羧基，则肽酶E1完全作用后产生的产物中，至少有10个羧基。

题组C  培优拔尖练

17.（2021·全国高考真题）已知①酶、②抗体、③激素、④糖原、⑤脂肪、⑥核酸都是人体内有重要作用的物质。下列说法正确的是（    ）

A．①②③都是由氨基酸通过肽键连接而成的

B．③④⑤都是生物大分子，都以碳链为骨架

C．①②⑥都是由含氮的单体连接成的多聚体

D．④⑤⑥都是人体细胞内的主要能源物质

17.【答案】C

【解析】酶的化学本质是蛋白质或RNA，抗体的化学本质是蛋白质，激素的化学本质是有机物，如蛋白质、氨基酸的衍生物、脂质等，只有蛋白质才是由氨基酸通过肽键连接而成的，A错误；糖原是生物大分子，脂肪不是生物大分子，且激素不一定是大分子物质，如甲状腺激素是含碘的氨基酸，B错误；酶的化学本质是蛋白质或RNA，抗体的化学成分是蛋白质，蛋白质是由氨基酸连接而成的多聚体，核酸是由核苷酸连接而成的多聚体，氨基酸和核苷酸都含有氮元素，C正确；人体主要的能源物质是糖类，核酸是生物的遗传物质，脂肪是机体主要的储能物质，D错误。

18.（2020·天津卷真题）组成下列多聚体的单体的种类最多的是（    ）。

A．血红蛋白    B．DNA     C．淀粉      D．纤维素

18.【答案】A

【解析】组成DNA的单体有4种，组成淀粉和纤维素的单体都只有葡萄糖1种，组成蛋白质的单体有21种，组成血红蛋白的单体虽然没有21种，但远远超过4种。选A。

19.（2019·江苏高考真题）下列关于细胞内蛋白质和核酸的叙述，正确的是

A．核酸和蛋白质的组成元素相同

B．核酸的合成需要相应蛋白质的参与

C．蛋白质的分解都需要核酸的直接参与

D．高温会破坏蛋白质和核酸分子中肽键

19.【答案】B

【解析】核酸的组成元素是C、H、O、N、P，而蛋白质的主要组成元素是C、H、O、N，故核酸和蛋白质的组成元素不完全相同，A错误；核酸包括DNA和RNA，两者的合成都需要相关酶的催化，而这些酶的化学本质是蛋白质，B正确；蛋白质的分解需要蛋白酶的参与，而蛋白酶的本质是蛋白质，因此蛋白质的分解不需要核酸的直接参与，C错误；高温会破坏蛋白质分子的空间结构，但是不会破坏肽键，且核酸分子中不含肽键，D错误。

20.（2019·湖北荆州市·荆州中学高一期中）下图表示细胞内某些有机物的元素组成和功能关系，其中A、B代表元素，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是生物大分子，图中X、Y、Z、P分别为构成生物大分子的基本单位，请据图回答下列问题：

（1）A指的是_____________。

（2）Ⅰ在小麦种子中主要是指________。

（3）P经____________方式形成Ⅳ，连接两个P的化学键的是_______。鉴定Ⅳ使用的试剂名称是__________，可使Ⅳ呈现_______色。

（4）染色体主要是由图中的____________组成（填标号）。Ⅱ的基本单位中，含碱基G的单体名称是________________。

20.【答案】（1）N、P    （2）淀粉    （3）脱水缩合    肽键    双缩脲试剂    紫    （4）Ⅱ、Ⅳ    鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸   

【解析】（1）核酸的元素组成为C、H、O、N、P，因此A表示N、P。
（2）Ⅰ的组成元素是C、H、O，且是主要的能源物质，为生物大分子，指的是多糖，在小麦种子中主要是指淀粉。
（3）氨基酸经过脱水缩合形成蛋白质；连接两个氨基酸的化学键是肽键，肽键的结构简式是-NH-CO-；鉴蛋白质使用的试剂是双缩脲试剂，蛋白质与双缩脲试剂呈现紫色。
（4）染色体的组成成分为ⅡDNA和Ⅳ蛋白质；Ⅱ的基本单位为脱氧核苷酸，含碱基G的单体名称是：鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸。