灵活运用碱基互补配对规律解遗传习题

摘要：碱基互补配对原则的应用，是对DAN分子结构的理解，利用碱基互补配对原则进行总结相关规律，可以帮助学生进行理解，既让学生学习轻松，又培养了能力，一举两得。

关键词：碱基互补配对原则；规律；变式应用

在双链DNA分子中，两条碱基链上的碱基对，主要是由氢键连接而构成的。同时，配对碱基链还存在着以下几种性质：首先，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间存在着配对关系、鸟嘌呤和胞嘧啶之间存在着配对关系。这种配对关系又被称之为碱基互补配对原则。这种概念理解起来相对容易。而其难点则是集中在如何计算碱基含量，这种问题才是影响学生学习和解题水平的最主要因素。

在计算方面，学生对题型往往难以理解，易出差错，研究其原因是对下述六个基本规律（即DNA分子内的碱基比率）没有深入理解和掌握好，造成计算上的混乱。本文就DNA分子的结构特点，总结为以下六个基本规律：

规律一、 在双链DNA分子中，嘌呤碱基的和等于嘧啶碱基的总和和两个非互补对碱基的和，碱基的和等于碱基对之和总基数的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】假设在一段双链DNA分子中，存在着312个鸟嘌呤，并且胞嘧啶占总体的26%，求在DNA分子中胸腺嘧啶的数量和占比。

解析：分析题意可知，想要求出胸腺嘧啶的数量，首先要明确在DNA分子中碱基的总数。通过规律一可知，鸟嘌呤和胞嘧啶均为312个，而总数可以通过占总体26%的312个胞嘧啶得出，即为312÷26%=1200个。则胸腺嘧啶和腺嘌呤共为576个，二者均为288个，其所占比例也就为24%。因此可以得出结论，在DNA分子中，共有288个胸腺嘧啶，所占比例为24%。

【变式应用1】假设在一个DNA分子片段中，含有G=240个，占全部碱基的24%，求证在此片段中，胸腺嘧啶的数量和所占百分比。

解析：分析题意可知，想要求出胸腺嘧啶的数量和所占百分比，首先要明确在DNA分子中碱基的总数。即240÷24%=1000个，因为DNA分子中A=T，G=C，G有240個，C=240个，所以T=260个，所占百分比为26%。

答案：260，26%

规律二、 在双链DNA分子中，碱基所占的百分比等于两股单链中包含该碱基的平均含量。

【例2】假设有一双链DNA，其中碱基包含了20%的胸腺嘧啶，在双链DNA的一条单链中，包含了占单链碱基22%的胞嘧啶，求证另一条碱基链中胞嘧啶所占的比例。

解析：该问题可以利用方程法进行解决，假设在另一条碱基链中，胞嘧啶的比例为x，由于胸腺嘧啶占有20%的比重，并且T+C=50%，则可以得到在双链DNA中，胞嘧啶所占比例共为30%。

而由于规律二中认为碱基所占的百分比等于两股单链中包含该碱基的平均含量，则可以求出x=38%。因此可的结论，在DNA分子中的另一条链中胞嘧啶占该链碱基的38%。

【变式应用2】在一个双链DNA分子中，胞嘧啶占全部碱基的32%，在其中一条碱基链中，共包含了12%的腺嘌呤，求证另一条碱基链中腺嘌呤的比重。

解析：此问题依然可以采用方程法，设腺嘌呤占另一条链中的比例为x。由于C=32%，

并且C+T=50%，因而T=50%-32%=18%

根据上述结论可知，（x+12%）÷2=18%，则可以求出x=24%。

规律三、 在双链DNA分子中，互补对的两个碱基之和的比值等于任一单链中两个碱基之和之比。

假设DNA分子的两条互补链分别为a链和b链，

a链中（A+T）/（G+C）=n/m，

b链中（A+T）/（G+C）=n/m，

而在整个DNA分子中，（A+T）/（G+C）=n/m。

【例3】某双链DNA分子的一条链上（A+T）/（G+C）=0.3，那么在整个DNA分子中，A∶T∶G∶C的比值是多少？

解析：已知DNA分子中的一条链上（A+T）/（G+C）=0.3，

则整个DNA分子中（A+T）/（G+C）=0.3。

又∵A=T，G=C，所以A∶G（或者T∶C）的比值为 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）

规律四、 在双链DNA分子中，互补对的两个碱基之和等于任何单链中两个碱基的百分率之和。

假设DNA分子的两条互补链分别为a链和b链，

a链中A+T=n%（或者G+C=1-n%），

则b链中A+T=n%（或者G+C=1-n%），

而在整个DNA分子中A+T=n%（或者G+C=1-n%）。

【例4】在双链DNA分子中，鸟嘌呤和胞嘧啶的总数占所有碱基的44%，而腺嘌呤和胞嘧啶在一条链中占有比例分别为22%和30%，求证腺嘌呤和胞嘧啶在另一链中的百分比。

解析：已知DNA分子中G+C=44%，则A+T=56%，显然，DNA分子的一条链中G+C=44%，A+T=56%，又∵这条链中A=22%，C=30%，所以其中T=34%，G=14%。根据碱基互补配对原则，DNA分子的另一条链中A=34%，C=14%。

答案：在DNA分子另一条链中腺嘌呤和胞嘧啶分别是34%和14%。

【变式应用3】某DNA分子中A+T占整个DNA分子碱基总数的44%，其中一条链（a）上的G占该链碱基总数的21%，那么，对应的另一条互补链（b）上的G占该链碱基总数的比例是。endprint

解析：已知DNA分子中A+T占整个DNA分子碱基总数的44%，根据碱基互补配对原则：A=T、C=G，所以A=T=22%，则C=G=50%-22%=28%。又已知一条链（a）上的G占该链碱基总数的21%，即G1=21%。在双链DNA分子中，则G2=35%。

规律五、 在双链DNA分子中，非互补对的两个碱基之和的比值等于另一链中的比值倒数，在整个DNA分子中的比率为1。

假设DNA分子的两条互补链分别为a链和b链，

a链中（A+G）/（T+C）=n/m，则

b链中（A+G）/（T+C）=m/n，

而在整个DNA分子中（A+G）/（T+C）=1。

【例5】已知在双链DNA分子中的一条单链上（A+G）/（T+C）=0.8。（1）在另一互补链中这种比例是；（2）这个比例关系在整个DNA分子等于。

解析：在双链DNA分子中，（A+G）/（T+C）为不互补配对的两种碱基，比值为0.8，所以等于另一条链中该比值的倒数，（1）在另外一條互补链中的这种比例为10/8=1.25；

（2）这个比例关系在整个DNA分子中为1。

规律六、 在DNA分子复制的过程中，也离不开碱基互补配对原则。假设DNA分子中某碱基为m个，如果DNA分子复制n次，那么需要该种碱基为：m（2n-1）个。

【例6】某双链DNA分子共有含氮碱基1400个，其中一条链的碱基中（A+T）/（C+G）=2/5，问该DNA分子连续复制两次共需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是。

解析：DNA双链中互补碱基对比例与单链中相等，即双链中（A+T）∶（C+G）=2∶5，又A=T、G=C，所以该DNA中T占碱基总数的1/7，有200个，DNA复制2次，需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是（22-1）×200=600。

【变式应用4】某双链碱基DNA分子共有碱基a个，其中含胞嘧啶m个，则该DNA分子复制3次，共需要多少个游离的胸腺嘧啶？

解析：由以上分析可以知道该DNA分子中胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为a-2m2个。DNA分子复制的方式是半保留复制，所以该DNA分子复制3次，需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为（23-1）×a-2m2=7a2-m个。

总结

以上就是我这次共同探讨的六个规律，希望能对大家解决一些遗传问题有所帮助。“万变不离其宗”，本文“六个规律”是双链DNA的进行总结，并且给出相关的例题，以及变式应用。“以不变应万变”，能有效提高解题速度与准确率。

参考文献：

[1]普通高中课程标准实验教科书.生物必修2：遗传与进化[M].人民教育出版社.

[2]司友毓.利用碱基互补配对规律解遗传习题[J].中学生物教学.

作者简介：

梁瑞琴，陕西省临汾市，山西师范大学。endprint