论述碱基互补规律在生命科学中的意义有什么意义

2025-02-07 10:09:40

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论述碱基互补规律在生命科学中的意义
第一、在双链DNA中：①在数量上，两个互补的碱基相等，任意两个不互补的碱基之和恒等；②在碱基比率上，任意两个不互补的碱基之和占总碱基数的50％。

由DNA中互补的α、β两条链在结合时互补碱基间的一一对应关系有：

Aα=Tβ，Tα=Aβ，Gα=Cβ，Cα=Gβ；

从而得A=T、G=C，进而得：A+G=C+T或(A+G)/(C+T)=1(嘌呤碱等于嘧啶碱，这是双链DNA的特点)。由于DNA单链中不同DNA分子碱基数量及排列的特异性，四种碱基不存在确定的数量关系，所以，一般A+T≠G+C。从上式进一步综合可得：A+G=C+T=A+C=G+T，A+T≠G+C；或(A+G)/(T+C)=(A+C)/(G+T)=1，(A+T)/(G+C)≠1。

也即是；在双链DNA中，两互补的碱基数量相等，两不互补的碱基之和数量相等。

在只存在四种碱基的情况下，由于两不互补碱基之和刚好占总碱基数的一半，所以，在碱基的百分比中，有： A+G=C+T=A+C=G+T=50％

即：两不互补的碱基之和占总碱基数的一半。已知一碱基含量就可由此式直接求出另一碱基的含量。

只有互补的双链DNA有此特点，单链DNA无此等量关系。同样，双链DNA中的任一单链也无此等量关系。

例1(1993年高考题)：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％

解：根据A+C＝50％，从而选择A。

另见1998年上海高考题：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……………………（ C ）

A.b≤0.5 B.b≥0.5

C.胞嘧啶为a(1/2b-1)个 D.胞嘧啶为b(1/2b-1)个

例2(1991年“三南”高考题)：DNA分子的某——区段上有300个脱氧核糖和60个胞嘧啶，那么该区段胸腺嘧啶的数量是( )。

A、90 B、120 B、180 D、240

解：根据T+C＝50％，T=150-60=90，从而选择A。

例3(90年版课本练习)：某DNA分子的碱基中鸟嘌呤的分子数占22％，那么胸腺嘧啶的分子数占( )。

A、11％ B、22％ C、28％ D、44％

解：根据G+T=50％，从而选择C。

另见1999年广东高考题：已知一段双链DNA分子中，鸟嘌呤所占的比例为20％，由该DNA转录出来RNA，其胞嘧啶的比例是……………………（ D ）

A．10％ B.20％ C.40％ D.无法确定

例4：假设一段mRNA上有60个碱基，其中A 15个，G25个，那么转录该mRNA的DNA分子区段中，C和T的个数共有( )。

A、15 B、25 C、40 D、60

解：此题解法多种．但根据C+T=50％以及DNA单链转录的特点，可知DNA中两不互补的碱基之和恒等于DNA转录的mRNA的总碱基数，从而选择D选项，最为快捷。

第二、在双链DNA中互补的α、β两条链之间存在两种关系：①任意两个不互补的碱基之和的比值在两条互补单链中呈倒数关系，即：(A+G)α／(C+T)α=(C+T)β／(A+G)β，(A+C)α／(G+T)α=(G+T)β／（A+C)β；②、两个互补碱基之和的比值在两条互补单链中呈恒等关系。

由于Aα=Tβ，Gα=Cβ，所以：(A+G)α=(T+C)β；由于Tα=Aβ，Cα=Gβ，

所以：(T+C)α=(A+G)β，故存在(A+G/T+C)α=(T+C/A+G)β。

即单链中不互补碱基和的比值在两条互补链中呈倒数关系。

同理可有：（A+C/G+T）α=（G+T/A+C）β，由于Aα=Tβ，Tα=Aβ，

所以：(A+T) α=(A+T)β。

同理可有：（G+C) α=(G+C) β，但一般Aα≠Aβ，Gα≠Gβ，Cα≠Cβ，Tα≠Tβ，

从而有：（A+T/G+C）α=（A+T/G+C）β。

例5(1991年高考题)：DNA的一条单链中A+G/C+T=0.4，上述比例在其互补单链和整个DNA分子中分别是( )。

A、0.4和0.6 B、2.5和1.0

C、0.4和0.4 D、0.6和1.0

解：根据以上规律可迅速选择B选项。

例6(1992年高考及“三南”高考题)：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，则另条链相应碱基比为2∶l∶4∶3

D、若一条链的G∶T=1∶2，则另条链的C∶A=2∶1

解：由Aα=Tβ，Tα=Aβ，可推知选项A正确。由于碱基只有四种，所以单链中互补碱基的比A／T和G／C，可以看成是任意两不互补碱基和的比，在两条互补链中呈倒数关系，所以选项B和C也正确。故正确答案应选D。另外，根据互补碱基的恒等，也知选项D中的比应为相等，而不应呈倒数关系。

另如2001年广东、河南高考题：下列关于双链DNA的叙述错误的是…………（ C ）

A．若一条链上A和T的数目相等，则另一条链上的A和T数目也相等

B．若一条链上A的数目大于T，则另一条链上的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

例7：某生物DNA分子上基因a的一条链中(C+T)／(G+A)＝0.8，在基因b的一条链中(A+T)/(G+C)=1.25，那么和它们互补的链中相应的碱基的比例依次分别是( )。

A、0.2、0.8 B、0.8、0.8

C、1.25、1.25 D、1.25、0.8

解：根据以上两规律，直选C项。

第三，在DNA及其转录的RNA之间有下列关系：①、在碱基数量上，在DNA和RNA的单链内，互补碱基的和恒等，且等于双链DNA的一半；②、互补碱基和占各自总碱基的百分比在双链DNA、有意义链及其互补链中恒等，且等于RNA中与之配对碱基的和的百分比。

由于DNA的单链转录，以及两互补链中任一碱基数量一般不等(如Aα≠Aβ)，所以，就不能直接从DNA中某—碱基数量及百分比求出单链及RNA中某一碱基的数量百分比，以及反过来由RNA求DNA。但是，由DNA双链的互补碱基和的恒等关系，以及DNA转录时，DNA有意义链与RNA特定配对碱基之间的恒等关系，在数量上就有：

(A+T)α=（A+T）β=(A+U)RNA=1/2（A+T）DNA；

（G+C）α=（G+C）β=（G+C）RNA=1/2（G+C）DNA；

且一般Aα≠Aβ≠ARNA，同理G、C等在DNA和RNA中也不相等。

而且，由于有意义链碱基数量与它转录的RNA相等，等于双链DNA的一半。所以，单链中互补碱基和所占的百分比也等于双链中互补碱基和占双链的百分比。故如考虑互补碱基和占各自总碱基的百分比，则存在：

(A+T)α=(A+T)β=(A+U)RNA=(A+T)DNA；

(G+C)α=(G+C)β=(G+C)RNA=(G+C)DNA。

利用此恒等式就可迅速解决有关转录过程中DNA和RNA的碱基计算，是解题的必经之路，也是捷径所在。

例8：某一细菌的基因含有20％的A+T，那么它的信使RNA中G+C的含量是( )

A、20％ B、40％ C、60％ D、80％

解：由A+T＝20％，得G+C＝80％，由恒等式可迅速选择D项。

例9：从真核细胞的mRNA分析得知．尿嘧啶占14.5％，腺嘌呤占7.5％，那么，用来转录此mRNA的双链DNA分子中鸟嘌呤与胞嘧啶之和占( )。

A、78％ B、56％ C、30％ D、28％

解：由A+U＝22％，得G+C＝78％．从而DNA中的G+C＝78％，选A。

例10：某转录下来的mRNA的碱基，其中U占16％，A占20％，则模板DNA(双链)中的鸟嘌呤占( )。

A、36％ B、32％ C、64％ D、无法确定

解：由A+U＝36％，得DNA中的G+C＝64％，从而G＝32％，选B。

例11：对从某种生物组织中提取的DNA进行分析，得知其分子中四种碱基的比例是：G与C之和占全部总碱基数的46％，其中一条链(称H链)的碱基中，28％是腺嘌呤，22％是胞嘧啶。问：与H链对应的链中，腺嘌呤占该链全部总碱基数的百分比是( )。

A、22％ B、24％ C、26％ D、28％

解法一：称H链的对应链为H’链。

∵DNA中的G+C=46％，

∴(A+T)H’＝(A+T)H＝(A+T)DNA=54％，

H’中的T与H中的A相等，TH’＝28％，

∴A H’=(A+T) H’－T H’=54％一28％=26％。

解法二：∵(G+C)DNA=46％，

∴(G+C) H’=(G+C)DNA=46％，TH’=28％，

∴AH’=1一(G+C+T) H’=1—46％一28％=26％

解法三：∵(G+C)DNA=46％，

∴(G+C) H =46％

∴A H’=T H =l-(A+G+C) H =1-28％-46％=26％。

解法四：∵(A+C) H =28％+22％＝50％

∴(A+C) H’=(G+T) H =1-50％=50％

∵(G+C) H =46％

∴C H’=G H =(G+C) H -C H =46％-22％=24％

∴A H’=(A+C) H’- C H’=50％-24％=26％

所以选择C项。

从以上结果看出，找不出DNA单链和双链之间互补碱基和的恒等关系，是无法计算出结果的。另外要注意，单链中A+C=50％，以及G+T=50％，这只是由已知条件产生的特殊情况，并不是恒等关系，这在前面已提及。某刊物及某些同学用此式作恒等规律，直接解题得到与正确答案相同的结果，并无任何依据，是错误的。

例12：以上例中的H链为模板转录的mRNA中，A+U及A的百分率各为多少?若以H链的互补链为模板，这个比率又各为多少?

解：根据恒等式：(A+U)RNA =(A+T)DNA =1-46％=54％

mRNA中的A=(A+U)-U=(A+U)-A H =26％

从结果看出：mRNA中的A等于H链的互补链的A，这是因为： H’链及mRNA都和H链是互补配对的，相同的碱基数量必相等。据此，若以H链的互补链为模板，则其mRNA中的A+U仍然等于54％，从而A＝28％。

例13（2002年广东河南高考题）：在含有四种游离的脱氧核苷酸、酶和ATP的条件下，分别以不同生物的DNA为模板，合成新的DNA。问：

（1）分别以不同生物的DNA为模板合成的各个新DNA之间，（A+C）∶（T+G）的比值是否相同？为什么？

[（2）略]

（3）在一个新合成的DNA中，（A+T）∶（G+C）的比值是否与它的模板DNA任一单链的相同？

解：由以上所述规律可知，（1）（2）两小题的答案均应为“相同”。

例14（2006年上海高考生物题）在一个DNA分子中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基数目的54%，其中一条链中鸟嘌呤与胸腺嘧啶分别占该链碱基总数的22%和28%，则由该链转录的信使RNA中鸟嘌呤与胞嘧啶分别占碱基总数的---（）

A.24%，22% B.22%，28% C.26%，24% D.23%，27%

解：由以上规律得：GmRNA=CH=1-（A+G+T）H=1-（54%+22%）=24%，或GmRNA=CH=（G+C）H-GH=（1-54%）-22%=24%，或由CmRNA=GH=22%，直接选择A。

例15（2006年高考理综全国卷II）已知病毒的核酸有双链DNA、单链DNA、双链RNA和单链RNA四种类型。现发现了一种新病毒，要确定其核酸属于上述哪一种类型，应该--------------------------------------（）

A.分析碱基类型，确定碱基比率

B. 分析碱基类型，分析核糖类型

C.分析蛋白质的氨基酸组成，分析碱基类型

D. 分析蛋白质的氨基酸组成，分析核糖类型

解：根据规律直接选择A。

例16（2002年上海高考题）已知一段mRNA含有30个碱基，其中A和G有12个，转录该段mRNA的DNA分子中应有C和T的个数是------------（）

A.12 B.24 C.18 D.30

解：同例4类似，选择D。

涉及“碱基互补配对原则”应用的高考试题还很多，在此就不赘述。从上述可见，借助碱基比率的规律性解题，既快速又准确。

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