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堿基互補配對原則（沃森、克里克發(fā)現的對應關系）

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堿基互補配對原則

沃森、克里克發(fā)現的對應關系

堿基互補配對原則（The principle of complementary base pairing）是堿基間的一種一一對應的關系，在DNA或某些雙鏈RNA分子結構中，由于堿基之間的氫鍵具有固定的數目和DNA兩條鏈之間的距離保持不變，使得堿基配對必須遵循一定的規(guī)律，這就是Adenine（A，腺嘌呤）一定與Thymine（T，胸腺嘧啶），在RNA中與Uracil（U，尿嘧啶）配對，Guanine（G，鳥嘌呤）一定與Cytosine（C，胞嘧啶）配對，反之亦然。堿基互補配對原則實際應用于利用雙脫氧核苷酸進行DNA測序。

基本信息

中文名	堿基互補配對原則
外文名	The principle of complementary base pairing
定義	堿基間的這種一一對應的關系
實際運用	利用雙脫氧核苷酸進行DNA測序
DNA配對原則	A-T,C-G
RNA配對方式	A-U,C-G,G-C,U-A
發(fā)現人	沃森、克里克
所屬學科	生物學

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原則規(guī)律

根據堿基互補配對的原則，一條鏈上的A一定等于互補鏈上的T；一條鏈上的G一定等于互補鏈上的C，反之如此。因此，可推知多條用于堿基計算的規(guī)律。

規(guī)律一：在一個雙鏈DNA分子中，A=T、G=C。即：A+G=T+C或A+C=T+G。也就是說，嘌呤堿基總數等于嘧啶堿基總數，各占全部堿基總數的50%。

規(guī)律二：在雙鏈DNA分子中，兩個互補配對的堿基之和的比值與該DNA分子中每一單鏈中這一比值相等。（A1+A2+T1+T2）/(G1+G2+C1+C2）=(A1+T1）/(G1+C1）=(A2+T2）/(G2+C2）

規(guī)律三：DNA分子一條鏈中，兩個不互補配對的堿基之和的比值等于另一互補鏈中這一比值的倒數，即DNA分子一條鏈中的比值等于其互補鏈中這一比值的倒數。（A1+G1）/(T1+C1）=(T2+C2）/(A2+G2）

規(guī)律四：在雙鏈DNA分子中，互補的兩個堿基和占全部堿基的比值等于其中任何一條單鏈占該堿基比例的比值，且等于其轉錄形成的mRNA中該種比例的比值。即雙鏈（A+T)%或（G+C)%=任意單鏈(A+T)%或（G+C)%=mRNA中(A+U)%或（G+C)%。

規(guī)律五：不同生物的DNA分子中，其互補配對的堿基之和的比值（A+T)/(G+C）不同，代表了每種生物DNA分子的特異性。

堿基互補

在脫氧核糖核酸分子中，含氮堿基為腺嘌呤(A)，鳥嘌呤(G)，胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。每一種堿基與一個糖和一個磷酸結合形成一種核苷酸。在其雙鏈螺旋結構中，磷酸-糖-磷酸-糖的序列，構成了多苷酸主鏈。在主鏈內側連結著堿基，但一條鏈上的堿基必須與另一條鏈上的堿基以相對應的方式存在，即腺嘌呤對應胸腺嘧啶(A對T或T對A)鳥嘌呤對應胞嘧啶(C對G或G對C)形成堿慕對，這種排布方式叫堿基互補原則，亦稱堿基配對原則。

DNA雙螺旋結構中，位于兩條方向相反、相互平行多核苷酸鏈上的嘌呤嘧啶堿基，圍繞著螺旋軸，通過形成氫鍵，互相搭配成對，稱為堿基配對。堿基配對，即一條長鏈上的A，總是與另一條長鏈上的T形成氫鍵；而G總是與C形成氫鍵。即A=T、G≡C。沃森—克里克把這種堿基的特異結合方式稱作“堿基互補原則”。DNA除自我復制外，還能以DNA的一條單鏈為模板，通過堿基互補配對合成一條RNA單鏈，即轉錄。復制、轉錄和逆轉錄都是通過堿基配對而生成新的核酸分子。已知一條核酸鏈的排列順序，其互補鏈的堿基順序即可確定。

成對的堿基由氫鍵聯結，在脫氧核糖核酸分子中，相互對應的堿基稱為互補堿基，兩條核苷酸鏈稱為互補鏈。由于存在著堿基配對關系，一條核苷酸的堿基順序一旦確定下來，另一條與之互補的核苷酸鏈上的堿基順序也相應確定下來，在脫氧核糖核酸分子中，每對堿基與其相鄰的堿基對的排列順序是隨機的，堿基對的排列順序有許多種，其中每一種排列都包含著豐富的遺傳信息，核糖核酸(RNA)與脫氧核糖核酸(DNA)結構相似，但核糖核酸由一條核苷酸鏈組成，這條鏈上所聯結的堿基只有一種與脫氧核糖核酸不同，用尿嘧啶(U)取代了胸腺嘧啶(T)，因此當核糖核酸上的堿基需要與脫氧核糖核酸的堿基配對時，存在著腺嘌呤與尿嘧啶的對應關、系(A對U或U對A)，分子生物學已闡明核酸分子中每3個堿基編成一個密碼子，決定一個氨基酸，在蛋質合成過程中，核酸分子上堿基的線性排列作為模板指揮氨基酸的裝配順序，決定了蛋白質的差異，因此也決定了生物的構造和功能方面的差異；在脫氧核糖核酸自我復制過程中堿基排列順序起著模板作用，指揮游離的核苷酸。支配其裝配順序便聯成一個多核苷酸新鏈。堿基互補原則是遺傳的生物學機制之一。它揭示了具有重大哲學意義的基因-表現型同構關系，深化了人們對復雜的宇宙和對人類自身的認識。

計算

關于堿基互補配對規(guī)律的計算，其生物學知識基礎是：基因控制蛋白質的合成。由于基因控制蛋白質的合成過程是：⑴微觀領域———分子水平的復雜生理過程，學生沒有感性知識為基礎，學習感到非常抽象。⑵涉及到多種堿基互補配對關系，DNA分子內部有A與T配對，C與G配對；DNA分子的模板鏈與生成的RNA之間有A與U配對，T與A配對，C與G配對。學習過程中，學生不易認識清楚。⑶涉及許多數量關系（規(guī)律），在DNA雙鏈中，

①A等于T，G等于C，A+G=T+C

A+G/T+C等1。

②一條單鏈的A+G/T+C

的值與另一條互補單鏈的A+G/T+C

的值互為倒數。

③一條單鏈的A+T/C+G

的值，與另一條互補鏈的A+T/C+G

的值相等。

④在雙鏈DNA及其轉錄的RNA之間有下列關系：一條鏈上的（A+T）等于另一條鏈上的（A+T）等于RNA分子中（A+U）等于12DNA雙鏈中的（A+T）等，學生往往記不住。再加之轉錄、翻譯是在不同場所進行的，學生分析問題時難以把二者聯系起來。以上分析說明，關于堿基互補配對規(guī)律的計算既是教的一個難點，也是學的一個難點。教學中，如果能做到：⑴把復雜抽象的生理過程用簡單直觀的圖示表現出來；⑵把在不同場所進行的生理過程放在一起思考；⑶把記憶復雜繁瑣的公式（規(guī)律）轉變成觀察圖示找出數量關系；⑷在計算時把表示數的符號注上腳標，以免混淆，就能輕輕松松闖過這一難關。

判斷

另外，在DNA轉錄成RNA時，有兩種方法根據堿基互補配對原則判斷：

1）將模板鏈根據原則得出一條鏈，再將得出的鏈中的T改為U（尿嘧啶）即可；

2）將非模板鏈的T改為U即可。

如：DNA：ATCGAATCG（將此為非模板鏈）

UAGCUUAGC（將此為模板鏈）

轉錄出的mRNA：AUCGAAUCG（可看出只是將非模板鏈的T改為U，所以模板鏈又叫無義鏈。這也是中心法則和堿基互補配對原則的體現）。

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