如何计算关于碱基互补配对原则的问题

如何计算关于碱基互补配对原则的问题
如何计算关于碱基互补配对原则的问题

如何计算关于碱基互补配对原则的问题
关于碱基互补配对规律的计算,其生物学知识基础是：基因控制蛋白质的合成.由于基因控制蛋白质的合成过程是：（1）微观领域———分子水平的复杂生理过程,学生没有感性知识为基础,学习感到非常抽象.（2）涉及到多种碱基互补配对关系,DNA分子内部有A与T配对,C与G配对；DNA分子的模板链与生成的RNA之间有A与U配对,T与A配对,C与G配对.学习过程中,学生不易认识清楚.（3）涉及许多数量关系（规律）,在DNA双链中,①A等于T,G等于C,A+GT+C
等于A+G
T+C
等1.②一条单链的A+GT+C
的值与另一条互补单链的A+GT+C
的值互为倒数.③一条单链的A+TC+G
的值,与另一条互补链的A+TC+G
的值相等.④在双链DNA及其转录的RNA之间有下列关系：一条链上的（A+T）等于另一条链上的（A+T）等于RNA分子中（A+U）等于12DNA双链中的（A+T）等,学生往往记不住.再加之转录、翻译是在不同场所进行的,学生分析问题时难以把二者联系起来.以上分析说明,关于碱基互补配对规律的计算既是教的一个难点,也是学的一个难点.教学中,如果能做到：（1）把复杂抽象的生理过程用简单直观的图示表现出来；（2）把在不同场所进行的生理过程放在一起思考；（3）把记忆复杂繁琐的公式（规律）转变成观察图示找出数量关系；（4）在计算时把表示数的符号注上脚标,以免混淆,就能轻轻松松闯过这一难关.基于上述设想可设计下图示：（见文后）
应用如下：
例：从某生物组织中提取1分子DNA,测得其四种碱基数比例是,鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的46%,又测得该DNA的一条α链所含的碱基中26%是腺嘌呤,问与α链相对应的另一条β链中腺嘌呤数占DNA分子全部碱基数的多少?
（1）设α链的腺嘌呤占DNA分子全部碱基总数的比值为A’α,β链的腺嘌呤数占DNA分子全部碱基总数的比值为A’β.根据题意得：
G总+C总=46%Aα=26%
（2）从图示中可看出：
A总=T总又设A总+T总+G总+C总=100%
∴A总=12[100%-(G总+C总)]
=12(100%-46%)=27%
(3)若α链的四种碱基总数设为100%,则β链的四种碱基总数也应为100%,DNA分子中碱基总数则为200%.
∴Aα占DNA分子全部碱基总数的比值为：
A’α=Aα
200%
=26%200%
=13%
则：A’β占DNA分子全部碱总数的比值为：
A’β=A总-A’α=27%-13%=14%
故：β链腺嘌呤总数占DNA分子全总碱基总数的14%.
凡是根据“碱基互补配对规律”的计算,都可从上图示中找出数量关系,经过简单的计算做出答案.
碱基互补配对规律的有关计算
碱基互补配对知识是生物高考常考知识点,也是教学中的难点内容之一.由于DNA分子两条链之间的距离是一定的,为2纳米,嘌呤（A、G）是双环化合物.嘧啶（T、C）是单环化合物,嘌呤只能与嘧啶配对才满足2纳米这个距离,又由于A与T（RNA中A与U）有两个氢键位点,G与C有三个氢键位点,所以碱基互补配对规律为A—T（A—U）.G—C配对.为了快速解题,我们在教学中又总结了如下几个子规律,现举例如下:
（一）DNA双链中的两个互补的碱基相等,A=T,G=C.因而不互补的两个碱基之和为50％
例1.某DNA的碱基中,鸟嘌呤的分子数占22％,那么胸腺嘧啶的分子数占多少?
〔分析〕由于G与T是两个不互补的碱基,在DNA双链中之和应为50％,所以T占28％
练习1：某DNA双链中,若腺嘌呤有P个,占全部碱基数的比例为N/M（M>2N）则该DNA分子中含胞嘧啶数是多少?〔（PM/2N）- P〕
（二）DNA分子中一条链中的两个不互补碱基之和的比值是另一个互补链的这一比值的倒数
例2.DNA的一条单链中A+G/T+C =0.4,在互补单链和整个DNA分子中分别是多少?
〔分析〕A与G不互补,T与C不互补,根据规律二,0.4的倒数是2.5.又根据规律一,在双链中A与T相等,G与C相等,比值为1.此题分别是2.5 1 .
练习2：在双链DNA分子中,当T+C/A+G 在一条多核苷酸链上的比例是0.5时,则
在另一条互补链和整个DNA分子中,这种比例应分别是多少?〔2 1〕
（三）DNA分子中互补碱基之和的比值和每一个单链中的这一比值相等
例3. DNA的一条单链中A+T/G+C =0.4,上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是多少?
〔分析〕A与T互补,G与C互补,根据规律三,其比值在互补单链和整个DNA分子中均为0.4.（说明: A与T或G与C之和占双链的百分数也等于它在任意一条单链中占单链中的百分数,推导略.）
练习3：在一个双链DNA分子中,A和T之和占碱基总量的56％,其中甲链中G占24％,那么乙链中G占多少?〔20％〕
（四）DNA双链中,含某种碱基X个,复制n次,则需加入该碱基的脱氧核苷酸的分子数等于能与该碱基配对的碱基的脱氧核苷酸的分子数,也等于（2n-1）X个
例4.某双链DNA分子中共含碱基1400个,其中一条单链上A+T/G+C =2:5,该DNA分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数量是多少个?
〔分析〕因为2n表示复制n次所得DNA分子数,减1表示相当于原有的那个DNA分子,应用这个公式的关键是算出X,它表示所求的含那种碱基的脱氧核苷酸在原DNA分子中的数目.此题应先算出T=200,再根据规律四,答案为600.
练习4：某DNA分子中有脱氧核苷酸4000个,已知腺嘌呤和胸腺嘧啶之和占碱基总数的60％,那么该DNA分子连续复制2次所需的游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数是多少?〔2400〕
（五）在控制蛋白质合成的转录和翻译过程中模板链,非模板链以及信使RNA链各段链中,相对应的碱基在本链中含量的比值是相等的
例5.已知一段信使RNA有30个碱基,其中A+G有12个,那么转录成信使RNA的一段DNA分子中应有多少个C+T?
〔分析〕根据题意,在这段信使RNA上T+C应有18个,由规律五知,DNA模板链上T+C=12 A+G=18 又根据规律一,在DNA双链中C+T=30.
练习5：某DNA片段所转录的mRNA中尿嘧啶占28％,腺嘌呤占18％,则这个DNA片段中胸腺嘧啶和鸟嘌呤分别占多少?〔23％ 27％〕
（六）在一个双链DNA分子中,某碱基占碱基总量的百分数等于它在每条链中的平均百分数,若在其中一条链多占A％,则在另一条链应少占A％
例6.在一个双链DNA分子中,G占碱基总量的18％,其中一条链中G占20％,那么此链中C应为多少?
〔分析〕根据规律六,G平均占18％,由于在一条链中多占2％,所以在互补链中应少2％,即16％,又根据规律一,G与C配对,此链中C也应为16％.
练习6：已知DNA分子中腺嘌呤占全部碱基的30％,在其中一条链上腺嘌呤占该链全部碱基的25％,则由该链转录成的信使RNA中尿嘧啶占全部碱基的多少?,与该链相对的另一DNA链中,腺嘌呤占该链全部碱基的多少?〔25％ 35％〕
巩固练习
1.（1992年全国）下列哪项对双链DNA分子的叙述是不正确的?
A.若一条链A和T的数目相等,则另一条链A和T的数目也相等
B.若一条链G的数目为C的2倍,则另一条链G的数目为C的0.5倍
C.若一条链的A:T:G:C=1:2:3:4,则另一条链相应碱基比为2:1:4:3
D.若一条链的G:T=1:2,则另一条链的C:A=2:1
2.（1993年全国）在一个标准的双链DNA分子中,含有35％的腺嘌呤,它所含的胞嘧啶应该是
A.15％ B.30％ C.35％ D.70％
3.（1996年上海）分析一个DNA分子时,发现30％的脱氧核苷酸含腺嘌呤,由此可知,该分子中一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的
A.20％ B.30％ C.40％ D.70％
4.（1997年上海）具有100个碱基对的一个DNA分子区段,内含40个胸腺嘧啶,如果连续复制2次,则需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
A.60个 B.80个 C.120个 D.180个
5.（1998年上海）在含有四种碱基的DNA区段中,有腺嘌呤a个,占该区段全部碱基的比例为b,则
A.b≤0.5 B.b≥0.5 C.胞嘧啶为a（1/2b –1） d.胞嘧啶为b（1/2a –1）
6.（1999年上海）若DNA分子的一条链中A+T/G+C =a,则其互补链中该比值为
A.a B.1/a C.1 D.1 - 1/a
7.（2000年广东）已知一段双链DNA中碱基的对数和腺嘌呤的个数,能否知道这段DNA中4种碱基的比例和（A+C）:（T+G）的值
A.能 B.否 C只能知道（A+C）:（T+G）的值 D.只能知道四种碱基的比例
8.（2001年广东）下列关于双链DNA的叙述错误的是
A.若一条链上A和T的数目相等,则另一条链A和T的数目也相等
B.若一条链上A的数目大于T,则另一条链上A的数目小于T
C.若一条链上的A:T:G:C=1:2:3:4,则另一条链也是A:T:G:C=1:2:3:4
D.若一条链上的A:T:G:C=1:2:3:4,则另一条链为A:T:G:C=2:1:4:3
碱基互补配对原则
规律一：
DNA双链中的两个互补的碱基相等,即双链中A=T,G=C；
双链中任意两个不互补的碱基之和恒等,占碱基总数的50%,即A+G=T+C=A+C=T+G=50%,
（A+G）/（T+C）=（A+C）/（G+T）=（T+C）/（A+G）=1.
一般情况下,A+T≠G+C.
规律二：
在DNA双链中,一条单链的（A1+T1）/（G1+C1）的值,与另一条互补链的（A2+T2）/（G2+C2）的值是相等的,也与整个DNA分子的（A+T）/（G+C）的值是相等的.
规律三：
在DNA双链中,一条单链的（A1+G1）/（T1+C1）的值,与另一条互补单链的（A2+G2）/（T2+C2）是互为倒数的.
规律四：
在双链DNA及其转录的RNA之间,有下列关系：
在碱基数量上,在DNA单链和RNA的单链中,互补碱基的和相等,且等
于双链DNA的一半,即A1+T1= A2+T2=RNA分子中（A+U）=1/2DNA双链中（A+T）,G1+C1= G2+C2=RNA分子中（G+C）=1/2DNA双链中（G+C）.

例：分析一个DNA分子时,发现30%的脱氧核苷酸含有腺嘌呤,由此可知该分子中一条链上,鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的：
A、20% B、30% C、40% D、70%