有關(guān)DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制的計(jì)算

摘要：DNA分子的基本單位是脫氧核苷酸，每個(gè)脫氧核苷酸是由一分子磷酸、一分子脫氧核糖和一分手含氮堿基組成的。組成脫氧核苷酸的含氮堿基有四種，它們是腺嘌呤(A)、烏嘌呤(G)、胞嘧啶(c)和胸腺嘧啶(T)。因此，脫氧核苷酸也有四種，即腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸、胞嘧啶脫氧核苷酸和胸腺嘧啶脫氧核苷酸。DNA分子就是由很多個(gè)脫氧核苷酸聚合而成的長(zhǎng)鏈，簡(jiǎn)稱多核苷酸鏈。

關(guān)鍵詞：DNA分子、脫氧核苷酸結(jié)構(gòu)和復(fù)制

[中圖分類號(hào)]：D631.15[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]：A[文章編號(hào)]：1002-2139(2010)-16-0083-01

1953年，沃森和克里克提出了DNA分子的立體結(jié)構(gòu)是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：

(1)DNA分子是由兩條鏈組成的，這兩條鏈按、反向平行方式盤(pán)旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。

(2)DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列在內(nèi)測(cè)。

(3)DNA分子兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)。

一、堿基互補(bǔ)配對(duì)原則的計(jì)算規(guī)律

不同生物的DNA分子，其互補(bǔ)配對(duì)的堿基之和的比值不同。堿基T是DNA分子的特征堿基，在單鏈DNA分子中一般不存在A=T、G=C這樣的堿基數(shù)量關(guān)系。

設(shè)在雙鏈DNA分子中一條為1鏈，另一條為2鏈，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則(^-T，C=G)。有：

AI=T2，A2=TI，CI=G2，C2=GI

AI+A2=A，TI+T2=T，CI+C2=C，GI+G2=G

1，兩個(gè)不互補(bǔ)的堿基之和的比值相等，并且任意兩個(gè)不互補(bǔ)的堿基之和占其總量的50％。

RP，

A+G/T+C=A+C/T+G=I，A+G＝T+C=A+C=T+C＝50％

(說(shuō)明：嘌呤總數(shù)一定等于嘧啶總數(shù)。)

2 整個(gè)DNA分子中，一條鏈A+G/T+C的比值和另一條鏈該比值成倒數(shù)關(guān)系。即：

AI+GI/TI+CI=a，A2+G2/T2+C2=I/a

3 整個(gè)DNA分子中，一條鏈A+T/G+C的比值和另一條鏈及整個(gè)DNA分子中該比值都相等。即：AI+T1/GI+CI=a，A2+T2/G2+C2=a，A+T/G+C=a，

(說(shuō)明：A與T或G與C之和占雙鏈的百分?jǐn)?shù)也等于它在任意一條單鏈中占單鏈中的百分?jǐn)?shù)。)

例：假設(shè)在一個(gè)DNA分子的片段中，含有鳥(niǎo)嘌呤240個(gè)，占全部堿基總數(shù)的24％，在此DNA片段中，胸腺嘧啶的數(shù)目和所占百分比分別是多少?

解析：根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則可知，T：(1-G-C)/2=(1-24％X2)/2=26％，又知G共240個(gè)，占24％，該DNA分子中共有堿基數(shù)為240/24％=1000，則T的數(shù)目為1000×26％=260個(gè)。

例：分析一個(gè)DNA分子時(shí)，發(fā)現(xiàn)30％的脫氧核苷酸含有腺嘌呤，由此可知該分子中一條鏈上鳥(niǎo)嘌呤含量的最大值可占此鏈堿基總數(shù)的( )

A 20％ B 30％ C 40％ D 70％

解晰：根據(jù)上面的公式計(jì)算可知：A=T=30％，C=G=I/2(1-2X30％)=20％

兩條鏈上的鳥(niǎo)嘌呤總含量為20％，一般情況下兩條鏈上都有鳥(niǎo)嘌呤，而如果DNA分子中所有的鳥(niǎo)嘌呤都分布在分子中的一條鏈上，則達(dá)到含量的最大值，由于一條鏈上的堿基總只有雙鏈的一半，所以一條鏈上鳥(niǎo)嘌呤含量的最大值為2×20％=40％

例：分析一個(gè)DNA分子時(shí)，發(fā)現(xiàn)30％的脫氧核苷酸含有腺嘌呤，由此可知該分子中一條鏈上鳥(niǎo)嘌呤含量的最大值可占此鏈堿基總數(shù)的( )

A 20％ B 30％ C 40％ D 70％

解析：根據(jù)上面的公式計(jì)算可知：A=T=30％，C＝G=1/2(1-2×30％)=20％

兩條鏈上的鳥(niǎo)嘌呤總含量為20％，一般情況下兩條鏈上都有鳥(niǎo)嘌呤，而如果DNA分子中所有的鳥(niǎo)嘌呤都分布在分子中的一條鏈上，則達(dá)到含量的最大值，由于一條鏈上的堿基總只有雙鏈的一半，所以一條鏈上鳥(niǎo)嘌呤含量的最大值為2×20％=40％

DNA分子的復(fù)制是指以親代的DNA分子為模板合成子代DNA的過(guò)程。這一過(guò)程是在細(xì)胞有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂的間期，隨著染色體的復(fù)制而完成的。DNA分子的復(fù)制是邊解旋邊復(fù)制，并以半保留方式進(jìn)行。DNA分子復(fù)制需要引物、模板、原料、能量和酶等基本條件。DNA分子獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，為復(fù)制提供了精確的模板，通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)，保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行。

二、有關(guān)半保留復(fù)制的計(jì)算

DNA的半保留復(fù)制，親代DNA雖然多代復(fù)制，但它的兩條母鏈仍存在于后代而不會(huì)消失，這是解答DNA復(fù)制有關(guān)計(jì)算的關(guān)鍵。

設(shè)：將一個(gè)全部被15N標(biāo)記的DNA分子轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)n代。則：

1 含15N的DNA分子占總DNA分子數(shù)為：i/2n-i

2 含14N的DNA分子占總DNA分子數(shù)為：100％

3 只含15N的DNA分子占總DNA分子數(shù)為：0

4 只含14N的DNA分子占總DNA分子數(shù)為：1-1/2n-1

5 含15N的單鏈占總單鏈數(shù)為：1/2n

6 含14N的單鏈占總單鏈數(shù)為：1-1/2n

7 若某DNA分子含某堿基a個(gè)，如該DNA分子進(jìn)行n次復(fù)制，則需該堿基為a(2n-1)；如進(jìn)行第n次復(fù)制，需該堿基為a，2n-i

例：現(xiàn)有從生物體內(nèi)提取的一個(gè)DNA分子(稱第一代)和標(biāo)記放射性同位素3H的四種脫氧核苷酸，要在實(shí)驗(yàn)中合成新的DNA分子。

(1)除上述幾種物質(zhì)外，還必須有______，方能合成第二代DNA分子。

(2)在一個(gè)第二代DNA分子中，有______條含3H的鏈。

(3)在第二代DNA分子中，含3H鏈的堿基序列相同嗎7______。

(4)在第五代的全部DNA分子中，有幾條不含3H的鏈7______。

解析：解題思路應(yīng)是：

①解旋，由一個(gè)DNA分子分成兩條母鏈；

②以每一條母鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則，從周圍吸收新的脫氧核苷酸，形成新的子鏈，產(chǎn)生兩個(gè)子代DNA分子

@DNA分子復(fù)制需要哪些條件?

④在分析(2)、(3)、(4)小題時(shí)，應(yīng)注意DNA的自我復(fù)制是半保留復(fù)制，因?yàn)閮蓚€(gè)子代DNA分子的新鏈必然也是互補(bǔ)的，互補(bǔ)的兩鏈，其堿基有對(duì)應(yīng)關(guān)系，但堿基排列順序是不同的。

答案：(1)酶、ATP (2)一條 (3)不同 (4)兩條

例：一個(gè)DNA分子中有i00個(gè)堿基對(duì)，其中有40個(gè)腺嘌呤，如果該DNA分子連續(xù)復(fù)制兩次，參與到DNA分子得復(fù)制中的游離的胞嘧啶脫氧核苷酸有多少個(gè)?

(分析)胞嘧啶與鳥(niǎo)嘌呤相配，原DNA分子中共有鳥(niǎo)嘌呤G=(100X2-40X2)/2=60個(gè)。

解法一：第1次復(fù)制得2個(gè)DNA分子，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸60個(gè)，第2次復(fù)制得4個(gè)DNA分子，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸2×60=120個(gè)，連續(xù)復(fù)制兩次，參與到DNA分子得復(fù)制中的游離的胞嘧啶脫氧核苷酸有60+120=180個(gè)。

解法二：復(fù)制2次共得4個(gè)DNA分子，新增加3~'DNA分子，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸3×60=-180個(gè)。