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1、直接代入法巧解与碱基互补配对原则有关的计算题摘 要：碱基互补配对原则有关计算既是教的一个难点，也是学的一个难点，采用直接代入法可以直观、轻松解决这一类型的相关问题。关键词：碱基互补配对原则 直接代入法 题型例析在DNA分子结构中，由于碱基之间的氢键具有固定的数目和DNA两条链之间的距离保持不变，使得碱基配对必须遵循一定的规律，这就是Adenine（A，腺嘌呤）一定与Thymine（T，胸腺嘧啶）配对，Guanine（G，鸟嘌呤）一定与Cytosine（C，胞嘧啶）配对1，反之亦然。腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有两个氢键，鸟嘌呤与胞嘧啶之间有三个氢键，即AT, GC，碱基间的这种一一对应的关系叫做碱基互
2、补配对原则。关于碱基互补配对原则的计算既是教的一个难点，也是学的一个难点，不少一线教师总结了很多解题方法：如司有毓老师撰写的利用碱基互补配对规律解遗传习题2；赵开勇老师撰写的简图在解遗传和变异题中的应用等3，但这些方法多数都是建立在记忆相关公式和结论的基础上，不够直观，学生稍有不慎就会出错。本人在教学中摸索出“直接代入法”，运用这一方法可以解决各类型考试中涉及到有关碱基互补配对原则的计算题，轻轻松松闯过这一难关 。一、直接代入法解题步骤利用直接代入法解有关碱基互补配对原则的计算题的具体操作步骤如下：第一步：作图：a b c d1：A1 T1 C1 G1 100或x2：T2 A2 G2 C2 1
3、00或xa b c d图1 直接代入法第一步示意图说明：（1） 上述图1代表的是一个双链DNA分子，1和2代表它的两条脱氧核苷酸链；（2） 上述图1中的A、T、C、G代表的是4种碱基（或脱氧核苷酸），一定要注上角标，a、b、c、d分别代表四种碱基的数量，100或x代表每一条链的碱基总数；（3） 若涉及转录、逆转录或翻译过程则应再画一条核糖核苷酸链，如下图2中的3号链：a b c d1：A1 T1 C1 G1 100或x2：T2 A2 G2 C2 100或xa b c d3：A3 U3 C3 G3 100或xa b c d图2 直接代入法第一步示意图第二步：转化。根据题干信息把每种碱基的已知数量
4、求出，若涉及的是百分含量则去掉百分符号（假设每一条链的碱基总数即为100）；第三步：直接代入。把第二步求得的数值代入（把图中的数量关系转化为数学等式），求出相应的数值。二、题型归类例析下面结合具体的历年高考试题，将直接代入法的具体解题步骤展现出来。（一）求DNA分子中碱基的比例或含量【例1 2001年广东高考题】下列关于双链DNA的叙述错误的是（ ）A.若一条链上A和T的数目相等,则另一条链A和T的数目也相等 B.若一条链上A的数目大于T,则另一条链上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
5、:2:3:4,则另一条链为A:T:G:C=2:1:4:3解析：该题C、D明显是两个矛盾选项，故只要对C选项进行分析即可得出正确答案，具体如下：第一步：作图（该题涉及的是各碱基的比例，故作图如下图3） a b c d1：A1 T1 G1 C12：T2 A2 C2 G2 a b c d图3 直接代入法第一步示意图第二步：转化。C选项中已知一条链上的A:T:G:C=1:2:3:4，即可假设A1=1，T1=2， G1 =3， C1=4 求A2:T2:G2:C2=？第三步：直接代入。 1 2 3 41：A1 T1 G1 C12：T2 A2 C2 G2 1 2 3 4 图4 直接代入法第三步示意图从图4中
6、即可直接得出：A2:T2:G2:C2=2:1:4:3，即可轻松得出本题正确答案为C【例2 1996年上海高考题】分析一个DNA分子时,发现30的脱氧核苷酸含腺嘌呤,由此可知,该分子中一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的（ ） A.20 B.30 C.40 D.70解析：根据直接代入法三步骤进行操作。第一步：作图（该题涉及的是百分含量，故作图如下图5）a b c d1：A1 T1 C1 G1 1002：T2 A2 G2 C2 100a b c d图5 直接代入法第一步示意图第二步：转化。从题干中结合图5可知： A1+ A2 =60（30的脱氧核苷酸含腺嘌呤，而已假设全部碱基总数为100+
7、100=200，故A1+ A2 =60），求G1的最大值=？第三步：直接代入。由图5知A2=T1，故A1+ T1 =60，即a+b=60，把数值代入，如下图6：60 c d1：A1 T1 C1 G1 1002：T2 A2 G2 C2 100 图6 直接代入法第三步示意图从图6中即可直接得出C1 + G1=40，根据极限思想即可得G1的最大值=40故本题正确答案为C（二）求RNA分子中碱基的比例或含量【例3 2006年上海高考题】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
8、分别占碱基总数的（ ）A24%，22% B22%，28% C26%，24% D23%，27% 解析：根据直接代入法三步骤进行操作。第一步：作图（该题涉及的是百分含量及转录过程，故作图如下图7）a b c d1：A1 T1 C1 G1 1002：T2 A2 G2 C2 100a b c d3：A3 U3 C3 G3 100a b c d图7 直接代入法第一步示意图第二步：转化。从题干中可知：G1=22（即d=22），T1=28（即b=28），A1+ A2 +T1+ T2=108（A和T之和占全部碱基数目的54%，而已假设全部碱基总数为100+100=200，故A和T之和为108）又A2=T1=
9、28，则A1 =T2 =（108-282）/2=26（即a=26），求G3=？C3=？第三步：直接代入。把第二步求得的数值代入，如下图8：26 28 c 221：A1 T1 C1 G1 1002：T2 A2 G2 C2 10026 28 c 223：A3 U3 C3 G3 10026 28 c 22图8 直接代入法第三步示意图从图8中即可直接得出G3=22，C3=100-26-28-22=24故正确答案为A(三)求DNA复制时某种游离的脱氧核苷酸（碱基）的数量或比例【例4 1997年上海高考题】具有100个碱基对的一个DNA分子区段,内含40个胸腺嘧啶,如果连续复制2次,则需游离的胞嘧啶脱氧核
10、苷酸（ ） A.60个 B.80个 C.120个 D.180个解析：根据直接代入法三步骤进行操作。第一步：作图（该题已知DNA分子中碱基对100个即碱基总数为200，故作图如下图9）a b c d1：A1 T1 C1 G1 1002：T2 A2 G2 C2 100a b c d图9 直接代入法第一步示意图第二步：转化。从题干中可知： T1+T2=40，又T2=A1，故T1+T2=A1+T1=40。要求该DNA分子连续复制2次所需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸必须先求出该DNA分子中碱基C的数量，即图9中C1 +C2的数量，而C2=G1故求C1+C2的数量可转化为求C1+G1的数量。第三步：直接代入。把
11、第二步求得的数值代入，如下图10：40 c d1：A1 T1 C1 G1 1002：T2 A2 G2 C2 10040 c d图10 直接代入法第三步示意图从图10即可直接得出C1+G1=100-40=60，即该DNA分子中碱基C的数量为60，连续复制2次后新合成的DNA分子数为3个，故所需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数量为603=180个，正确选项为D。三、小结纵观以上几道高考试题的解析可以看出，要求解与碱基互补配对原则有关的计算题并不需要学生记忆大量的公式、规律或结论，只需学生理解碱基互补配对的原则，即A与T（或U）配对，G与C配对，分清是计算DNA双链、DNA单链还是RNA单链上的碱基数量或比例，需要画2条核苷酸链还是画3条核苷酸链，然后运用直接代入法即可轻轻松松得出准确答案，确保学生在各类型考试中该类题目不失分。参考文献1 王镜岩等.生物化学. 上册M.北京：高等教育出版社，2002，485-486.2 司有毓. 利用碱基互补配对规律解遗传习题J. 中学生物教学，2007（09），44-45.3 赵开勇. 简图在解遗传和变异题中的应用J. 中学生物学2007（11），41-42.
