例說堿基配對原則相關(guān)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(guān)系進行分析和拓展，依據(jù)實例分析有關(guān)計算的規(guī)律，加深學生對DNA結(jié)構(gòu)知識的理解和分析解決問題能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：堿基配對原則；數(shù)量關(guān)系；計算規(guī)律

一、堿基互補配對原則的發(fā)現(xiàn)

人教版生物學高中必修二第三章第二節(jié)“DNA分子的結(jié)構(gòu)”中關(guān)于DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型構(gòu)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(jié)構(gòu)模型的構(gòu)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)幫助沃森和克里克完成了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并于1962年獲得了諾貝爾生理醫(yī)學獎。堿基之間這種一一對應的關(guān)系叫做堿基互補配對原則。

近幾年來，對堿基之間數(shù)量關(guān)系計算部分內(nèi)容的考查，試題中出現(xiàn)的頻率較高，除了以傳統(tǒng)的選擇題、判斷題等方式呈現(xiàn)外，還以綜合識圖計算的方式呈現(xiàn)?？疾榈碾y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(guān)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(guī)律進行演變和拓展，形成了一些基本的規(guī)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(shù)量關(guān)系

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

例1：假設(shè)一個DNA分子片段中含堿基T的數(shù)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(shù)目分別是多少？

解析：根據(jù)雙鏈DNA分子中嘌呤堿基總數(shù)等于嘧啶堿基總數(shù)，各占全部堿基數(shù)的50%。

依據(jù)這一規(guī)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(guān)其他堿基數(shù)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(shù)為100個

解析：已知總堿基數(shù)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(shè)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(guī)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(shù)量的計算規(guī)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(shù)

設(shè)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(shù)關(guān)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(shù)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(shù)的比例是鳥嘌呤和胞嘧啶之和占全部堿基數(shù)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(fā)現(xiàn)的有關(guān)規(guī)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(chǔ)上，后人的研究空間還很大。同時也能加深學生對DNA結(jié)構(gòu)的認識。這是新課改的要求，也是教學理念的創(chuàng)新。

參考文獻：

[1]翟中和，王喜忠，丁明孝.細胞生物學[M].北京：高等教育出版社，2000：283-290.

[2]徐紅玲.高中生物研究性學習[M].北京龍門書局，2003：77.

[3]汪忠，劉恩山.生物課程標準解讀[M].北京師范大學出版社，2002.

編輯 王夢玉