例說堿基配對原則相關計算的拓展和應用

摘 要：就堿基互補配對原則中堿基之間的關系進行分析和拓展，依據實例分析有關計算的規律，加深學生對DNA結構知識的理解和分析解決問題能力的培養。

關鍵詞：堿基配對原則；數量關系；計算規律

一、堿基互補配對原則的發現

人教版生物學高中必修二第三章第二節“DNA分子的結構”中關于DNA雙螺旋結構模型構建過程的分析，是多位科學家共同研究的成果。在DNA分子雙螺旋結構模型的構建中作出重要貢獻的是奧地利著名生物化學家查哥夫（E.Chargaff），他發現在DNA分子中腺嘌呤（A）的量總是等于胸腺嘧啶（T）的量；鳥嘌呤（G）的量總等于胞嘧啶（C）的量。就是這一重大發現幫助沃森和克里克完成了DNA分子雙螺旋結構模型，并于1962年獲得了諾貝爾生理醫學獎。堿基之間這種一一對應的關系叫做堿基互補配對原則。

近幾年來，對堿基之間數量關系計算部分內容的考查，試題中出現的頻率較高，除了以傳統的選擇題、判斷題等方式呈現外，還以綜合識圖計算的方式呈現。考查的難度也逐漸增加，筆者對堿基配對計算生物試題中所涉及的相關試題進行整理、分析和歸類，對堿基互補配對原則中的基本規律進行演變和拓展，形成了一些基本的規律和方法，可以簡化解題的思路和技巧。

二、以雙鏈DNA為研究對象時的堿基數量關系

1.一個雙鏈DNA分子中A，T，G，C的關系有：A=T，G=C。可推導出A+G=T+C，A+G=50%，即嘌呤堿基總數等于嘧啶堿基總數，各占全部堿基數的50%

例1：假設一個DNA分子片段中含堿基T的數量是312，占全部堿基的26%，則此DNA片段中堿基C所占的百分比和數目分別是多少？

解析：根據雙鏈DNA分子中嘌呤堿基總數等于嘧啶堿基總數，各占全部堿基數的50%。

依據這一規律：已知T=26%，則C=24%，可得出C為288個。

2.在DNA雙鏈中，非互補堿基之和總相等

因為A=T，G=C可得出：A+G=T+C，A+C=G+T。即DNA雙鏈中，非互補堿基之和總相等。

例2：已知一個雙鏈DNA分子中共有100個堿基對，其中G為30個，則有關其他堿基數目的描述不正確的是 （ ）

A.T為20個 B.C為30個

C.A+C=100個 D.嘌呤堿基總數為100個

解析：已知總堿基數為200個（100對），G為30個，所以C為30個。

因為A+G=100個，且A=T，所以A=T=70個。

答案：A

3.雙鏈DNA分子中，互補配對的堿基之和在兩條單鏈中所占比例等于在整個DNA分子中所占比例

設雙鏈DNA分子中的一條鏈上A1+T1=n%，

因為A1=T2，A2=T1，則A1+T1=A2+T2=n%，

所以A+T=A1+A2+T1+T2=n+n/200=n%。

例3：DNA的一條鏈中（A+T）/（G+C）=0.8，上述比例在其互補鏈和整個DNA分子中分別是（ ）

A.0.8 1.0 B.1.25 1.0 C.0.8 0.8 D.0.2 1.0

解析：按照上述規律，a鏈中A+T就等于互補b鏈中的T+A的比例，同時也等于整個DNA雙鏈中A+T的比例。故選C。

三、以單鏈DNA為研究對象時堿基數量的計算規律

1.在雙鏈DNA分子的一條鏈中兩個不互補堿基之和的比值是另一條互補鏈中這一比值的倒數

設雙鏈DNA分子中一條鏈上：（A1+G1）/（T1+C1）=m，則有（A1+G1）/（T1+C1）=（T2+C2）/（A2+G2）=m，所以互補鏈上（A2+G2）/（T2+C2）=1/m。

例4：若某DNA分子中的一條單鏈中（A+G）/（T+C）=7/10，則其互補鏈中這些堿基的比例是多少？

解析：因為兩鏈間非互補配對堿基和之比互為倒數關系，其中一條鏈中（A+G）/（T+C）=7/10，

所以互補鏈中該比例為10/7。

2.若α鏈中A1所占的比例為x1，β鏈中A2所占的比例為x2，則整個DNA分子中A占的比例為（x1+x2）/2，即某堿基占雙鏈DNA堿基總數的百分比等于相應堿基占相應單鏈比值和的一半。

例5：從某生物組織中提取DNA進行分析，其中堿基數的比例是鳥嘌呤和胞嘧啶之和占全部堿基數的46%，又知該DNA的一條鏈（α鏈）所含的堿基中28%是腺嘌呤。問：與α鏈相對應的另一條鏈中腺嘌呤占該鏈全部堿基的比例？

解析：因為在整個DNA分子中G+C=46%，又知道A+T=54%，且雙鏈DNA分子中A=T。所以，A在DNA雙鏈中占得比值是27%。

（Aα+Aβ）/2=54%，因為Aα=27%，故Aβ=26%。

總之，要提高高中學生答題的有效性，就要在理解記憶基本知識的同時，學會用科學的思維、敏銳的智慧，以教材中所介紹的科學史為素材，適當對科學家發現的有關規律進行研究和拓展。這樣既可以豐富學生的認識，又能使學生認識到生命科學的研究是永不止步的。在前人工作的基礎上，后人的研究空間還很大。同時也能加深學生對DNA結構的認識。這是新課改的要求，也是教學理念的創新。

參考文獻：

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[2]徐紅玲.高中生物研究性學習[M].北京龍門書局，2003：77.

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編輯 王夢玉