靈活運用堿基互補配對規律解遺傳習題

摘要：堿基互補配對原則的應用，是對DAN分子結構的理解，利用堿基互補配對原則進行總結相關規律，可以幫助學生進行理解，既讓學生學習輕松，又培養了能力，一舉兩得。

關鍵詞：堿基互補配對原則；規律；變式應用

在雙鏈DNA分子中，兩條堿基鏈上的堿基對，主要是由氫鍵連接而構成的。同時，配對堿基鏈還存在著以下幾種性質：首先，腺嘌呤與胸腺嘧啶之間存在著配對關系、鳥嘌呤和胞嘧啶之間存在著配對關系。這種配對關系又被稱之為堿基互補配對原則。這種概念理解起來相對容易。而其難點則是集中在如何計算堿基含量，這種問題才是影響學生學習和解題水平的最主要因素。

在計算方面，學生對題型往往難以理解，易出差錯，研究其原因是對下述六個基本規律（即DNA分子內的堿基比率）沒有深入理解和掌握好，造成計算上的混亂。本文就DNA分子的結構特點，總結為以下六個基本規律：

規律一、 在雙鏈DNA分子中，嘌呤堿基的和等于嘧啶堿基的總和和兩個非互補對堿基的和，堿基的和等于堿基對之和總基數的50%。

即由A=T，G=C推出，A+G=T+C，（A+C）/（T+G）=1，（A+C）/（T+C+G+T）=50%

【例1】假設在一段雙鏈DNA分子中，存在著312個鳥嘌呤，并且胞嘧啶占總體的26%，求在DNA分子中胸腺嘧啶的數量和占比。

解析：分析題意可知，想要求出胸腺嘧啶的數量，首先要明確在DNA分子中堿基的總數。通過規律一可知，鳥嘌呤和胞嘧啶均為312個，而總數可以通過占總體26%的312個胞嘧啶得出，即為312÷26%=1200個。則胸腺嘧啶和腺嘌呤共為576個，二者均為288個，其所占比例也就為24%。因此可以得出結論，在DNA分子中，共有288個胸腺嘧啶，所占比例為24%。

【變式應用1】假設在一個DNA分子片段中，含有G=240個，占全部堿基的24%，求證在此片段中，胸腺嘧啶的數量和所占百分比。

解析：分析題意可知，想要求出胸腺嘧啶的數量和所占百分比，首先要明確在DNA分子中堿基的總數。即240÷24%=1000個，因為DNA分子中A=T，G=C，G有240個，C=240個，所以T=260個，所占百分比為26%。

答案：260，26%

規律二、 在雙鏈DNA分子中，堿基所占的百分比等于兩股單鏈中包含該堿基的平均含量。

【例2】假設有一雙鏈DNA，其中堿基包含了20%的胸腺嘧啶，在雙鏈DNA的一條單鏈中，包含了占單鏈堿基22%的胞嘧啶，求證另一條堿基鏈中胞嘧啶所占的比例。

解析：該問題可以利用方程法進行解決，假設在另一條堿基鏈中，胞嘧啶的比例為x，由于胸腺嘧啶占有20%的比重，并且T+C=50%，則可以得到在雙鏈DNA中，胞嘧啶所占比例共為30%。

而由于規律二中認為堿基所占的百分比等于兩股單鏈中包含該堿基的平均含量，則可以求出x=38%。因此可的結論，在DNA分子中的另一條鏈中胞嘧啶占該鏈堿基的38%。

【變式應用2】在一個雙鏈DNA分子中，胞嘧啶占全部堿基的32%，在其中一條堿基鏈中，共包含了12%的腺嘌呤，求證另一條堿基鏈中腺嘌呤的比重。

解析：此問題依然可以采用方程法，設腺嘌呤占另一條鏈中的比例為x。由于C=32%，

并且C+T=50%，因而T=50%-32%=18%

根據上述結論可知，（x+12%）÷2=18%，則可以求出x=24%。

規律三、 在雙鏈DNA分子中，互補對的兩個堿基之和的比值等于任一單鏈中兩個堿基之和之比。

假設DNA分子的兩條互補鏈分別為a鏈和b鏈，

a鏈中（A+T）/（G+C）=n/m，

b鏈中（A+T）/（G+C）=n/m，

而在整個DNA分子中，（A+T）/（G+C）=n/m。

【例3】某雙鏈DNA分子的一條鏈上（A+T）/（G+C）=0.3，那么在整個DNA分子中，A∶T∶G∶C的比值是多少？

解析：已知DNA分子中的一條鏈上（A+T）/（G+C）=0.3，

則整個DNA分子中（A+T）/（G+C）=0.3。

又∵A=T，G=C，所以A∶G（或者T∶C）的比值為 3∶10，

即A∶T∶G∶C=3∶3∶10∶10。

答案：在DNA分子中，A∶T∶G∶C=3∶3∶10∶10（或1.5∶1.5∶5∶5）

規律四、 在雙鏈DNA分子中，互補對的兩個堿基之和等于任何單鏈中兩個堿基的百分率之和。

假設DNA分子的兩條互補鏈分別為a鏈和b鏈，

a鏈中A+T=n%（或者G+C=1-n%），

則b鏈中A+T=n%（或者G+C=1-n%），

而在整個DNA分子中A+T=n%（或者G+C=1-n%）。

【例4】在雙鏈DNA分子中，鳥嘌呤和胞嘧啶的總數占所有堿基的44%，而腺嘌呤和胞嘧啶在一條鏈中占有比例分別為22%和30%，求證腺嘌呤和胞嘧啶在另一鏈中的百分比。

解析：已知DNA分子中G+C=44%，則A+T=56%，顯然，DNA分子的一條鏈中G+C=44%，A+T=56%，又∵這條鏈中A=22%，C=30%，所以其中T=34%，G=14%。根據堿基互補配對原則，DNA分子的另一條鏈中A=34%，C=14%。

答案：在DNA分子另一條鏈中腺嘌呤和胞嘧啶分別是34%和14%。

【變式應用3】某DNA分子中A+T占整個DNA分子堿基總數的44%，其中一條鏈（a）上的G占該鏈堿基總數的21%，那么，對應的另一條互補鏈（b）上的G占該鏈堿基總數的比例是。endprint

解析：已知DNA分子中A+T占整個DNA分子堿基總數的44%，根據堿基互補配對原則：A=T、C=G，所以A=T=22%，則C=G=50%-22%=28%。又已知一條鏈（a）上的G占該鏈堿基總數的21%，即G1=21%。在雙鏈DNA分子中，則G2=35%。

規律五、 在雙鏈DNA分子中，非互補對的兩個堿基之和的比值等于另一鏈中的比值倒數，在整個DNA分子中的比率為1。

假設DNA分子的兩條互補鏈分別為a鏈和b鏈，

a鏈中（A+G）/（T+C）=n/m，則

b鏈中（A+G）/（T+C）=m/n，

而在整個DNA分子中（A+G）/（T+C）=1。

【例5】已知在雙鏈DNA分子中的一條單鏈上（A+G）/（T+C）=0.8。（1）在另一互補鏈中這種比例是；（2）這個比例關系在整個DNA分子等于。

解析：在雙鏈DNA分子中，（A+G）/（T+C）為不互補配對的兩種堿基，比值為0.8，所以等于另一條鏈中該比值的倒數，（1）在另外一條互補鏈中的這種比例為10/8=1.25；

（2）這個比例關系在整個DNA分子中為1。

規律六、 在DNA分子復制的過程中，也離不開堿基互補配對原則。假設DNA分子中某堿基為m個，如果DNA分子復制n次，那么需要該種堿基為：m（2n-1）個。

【例6】某雙鏈DNA分子共有含氮堿基1400個，其中一條鏈的堿基中（A+T）/（C+G）=2/5，問該DNA分子連續復制兩次共需要游離的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的數目是。

解析：DNA雙鏈中互補堿基對比例與單鏈中相等，即雙鏈中（A+T）∶（C+G）=2∶5，又A=T、G=C，所以該DNA中T占堿基總數的1/7，有200個，DNA復制2次，需游離的胸腺嘧啶脫氧核苷酸的數目是（22-1）×200=600。

【變式應用4】某雙鏈堿基DNA分子共有堿基a個，其中含胞嘧啶m個，則該DNA分子復制3次，共需要多少個游離的胸腺嘧啶？

解析：由以上分析可以知道該DNA分子中胸腺嘧啶脫氧核苷酸數為a-2m2個。DNA分子復制的方式是半保留復制，所以該DNA分子復制3次，需要游離的胸腺嘧啶脫氧核苷酸數為（23-1）×a-2m2=7a2-m個。

總結

以上就是我這次共同探討的六個規律，希望能對大家解決一些遺傳問題有所幫助。“萬變不離其宗”，本文“六個規律”是雙鏈DNA的進行總結，并且給出相關的例題，以及變式應用。“以不變應萬變”，能有效提高解題速度與準確率。

參考文獻：

[1]普通高中課程標準實驗教科書.生物必修2：遺傳與進化[M].人民教育出版社.

[2]司友毓.利用堿基互補配對規律解遺傳習題[J].中學生物教學.

作者簡介：

梁瑞琴，陜西省臨汾市，山西師范大學。endprint