鹼基互補配對原則

鹼基互補配對是指核酸分子中各核苷酸殘基的鹼基按A與T、A與U和G與C的對應關係互相以氫鍵相連的現象。它是沃森和克里克首先在DNA雙螺旋結構模型中提出來的，後來發現，不僅在DNA複製中有這種規律，在轉錄過程DNA和RNA關係中也有類似的規律。甚至單鏈RNA中凡在空間靠近、可以氫鍵互相結合的鹼基，也能這樣配對。所以，這個原則具有極其重要的生物學意義。複製、轉錄、逆轉錄和轉譯等遺傳信息傳遞的基本生物過程都遵循這個原則。

基本介紹

• 中文名：鹼基互補配對原則
• 外文名：The principle of complementary base pairing
• 概述：鹼基間的這種一一對應的關係
• 實際套用：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
• 發現人：沃森、克里克

鹼基互補

在脫氧核糖核酸分子中，含氮鹼基為腺嘌呤(A)，鳥嘌呤(G)，胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。每一種鹼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。在主鏈內側連結著鹼基，但一條鏈上的鹼基必須與另一條鏈上的鹼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)形成鹼基對，這種排布方式叫鹼基互補原則，亦稱鹼基配對原則。

DNA雙螺旋結構中，位於兩條方向相反、相互平行多核苷酸鏈上的嘌呤嘧啶鹼基，圍繞著螺旋軸，通過形成氫鍵，互相搭配成對，稱為鹼基配對。鹼基配對，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—克里克把這種鹼基的特異結合方式稱作“鹼基互補原則”。DNA除自我複製外，還能以DNA的一條單鏈為模板，通過鹼基互補配對合成一條RNA單鏈，即轉錄。複製、轉錄和逆轉錄都是通過鹼基配對而生成新的核酸分子。已知一條核酸鏈的排列順序，其互補鏈的鹼基順序即可確定。

成對的鹼基由氫鍵聯結，在脫氧核糖核酸分子中，相互對應的鹼基稱為互補鹼基，兩條核苷酸鏈稱為互補鏈。由於存在著鹼基配對關係，一條核苷酸的鹼基順序一旦確定下來，另一條與之互補的核苷酸鏈上的鹼基順序也相應確定下來，在脫氧核糖核酸分子中，每對鹼基與其相鄰的鹼基對的排列順序是隨機的，鹼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，這條鏈上所聯結的鹼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鹼基需要與脫氧核糖核酸的鹼基配對時，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個鹼基編成一個密碼子，決定一個胺基酸，在蛋質合成過程中，核酸分子上鹼基的線性排列作為模板指揮胺基酸的裝配順序，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複製過程中鹼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。鹼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-表現型同構關係，深化了人們對複雜的宇宙和對人類自身的認識。

鹼基配對

原則規律

根據鹼基互補配對的原則，一條鏈上的A一定等於互補鏈上的T；一條鏈上的G一定等於互補鏈上的C，反之如此。因此，可推知多條用於鹼基計算的規律。

規律一：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，嘌呤鹼基總數等於嘧啶鹼基總數，各占全部鹼基總數的50%。

規律二：在雙鏈DNA分子中，兩個互補配對的鹼基之和的比值與該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）

規律三：DNA分子一條鏈中，兩個不互補配對的鹼基之和的比值等於另一互補鏈中這一比值的倒數，即DNA分子一條鏈中 的比值等於其互補鏈中這一比值的倒數。（A1+G1）/(T1+C1）=(T2+C2）/（A2+G2）

規律四：在雙鏈DNA分子中，互補的兩個鹼基和占全部鹼基的比值等於其中任何一條單鏈占該鹼基比例的比值，且等於其轉錄形成的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)%。DNA為雙鏈雙螺旋結構。

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

鹼基互補配對法則

計算方法

關於鹼基互補配對規律的計算，其生物學知識基礎是：基因控制蛋白質的合成。由於基因控制蛋白質的合成過程是：⑴微觀領域—分子水平的複雜生理過程，學生沒有感性知識為基礎，學習感到非常抽象。⑵涉及到多種鹼基互補配對關係，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T配對，A與U配對，C與G配對。學習過程中，學生不易認識清楚。⑶涉及許多數量關係（規律），在DNA雙鏈中，

①A=T，G=C，A+G=T+C，A+G/T+C =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之間有下列關係：一條鏈上的（A+T）等於另一條鏈上的（A+T）等於RNA分子中（A+U）等於12DNA雙鏈中的（A+T）等。

判斷規則

另外，在DNA轉錄成RNA時，有兩種方法根據鹼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）TAGCTTAGC（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。這也是中心法則和鹼基互補配對原則的體現。