[科普中国]-碱基互补配对原则

碱基互补配对原则是指在DNA或某些双链RNA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，在RNA中与Uracil（U，尿嘧啶）配对，Guanine（G，鸟嘌呤）一定与Cytosine（C，胞嘧啶）配对，反之亦然。碱基间的这种一一对应的关系叫做碱基互补配对原则。

碱基互补在脱氧核糖核酸分子中，含氮碱基为腺嘌呤(A)，鸟瞟呤(G)，胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)．每一种碱基与一个糖和一个磷酸结合形成一种核苷酸。在其双链螺旋结构中，磷酸-糖-磷酸-糖的序列，构成了多苷酸主链。在主链内侧连结着碱基，但一条链上的碱基必须与另一条链上的碱基以相对应的方式存在，即腺嘌呤对应胸腺嘧啶(A对T或T对A)鸟嘌吟对应胞嘧啶(C对G或G对C)形成碱慕对，这种排布方式叫碱慕互补原则，亦称碱基配对原则。成对的碱基由氢键联结，在脱氧核糖核酸分子中，相互对应的碱基称为互补碱基，两条核苷酸链称为互补链。由于存在着碱基配对关系，一条核苷酸的碱基顺序一旦确定下来，另一条与之互补的核苷酸链上的碱基顺序也相应确定下来，在脱氧核糖核酸分子中，每对碱基与其相邻的碱基对的排列顺序是随机的，碱基对的排列顺序有许多种，其中每一种排列都包含着千富的遗传信息，核糖核酸(RNA)与脱氧核糖核酸(DNA)结构相似，但核糖核酸由一条核苷酸链组成，这条链上所联结的碱基只有一种与脱氧核糖核酸不同，用尿嘧啶(U)取代了胸腺嘧啶(T)，因此当核糖核酸上的碱基需要与脱氧核糖核酸的碱基配对时，存在着腺嘌呤与尿嘧啶的对应关、系(A对U或U对A)，分子生物学已阐明核酸分子中每3个碱基编成一个密码子，决定一个氨基酸，在蛋质合成过程中，核酸分子上碱基的线性排列作为模板指挥氨基酸的装配顺序，决定了蛋白质的差异，因此也决定了生物的构造和功能方面的差异；在脱氧核糖核酸自我复制过程中碱基排列顺序起着模板作用，指挥游离的核苷酸。支配其装配顺序便联成一个多核苷酸新链。碱基互补原则是遗传的生物学机制之一。它揭示了具有重大哲学意义的基因-表现型同构关系，深化了人们对复杂的宇宙和对人类自身的认识。1

原则规律根据碱基互补配对的原则，一条链上的A一定等于互补链上的T；一条链上的G一定等于互补链上的C，反之如此。因此，可推知多条用于碱基计算的规律。

规律一：在一个双链DNA分子中，A=T、G=C。即：A+G=T+C或A+C=T+G。也就是说，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，各占全部碱基总数的50%。

规律二：在双链DNA分子中，两个互补配对的碱基之和的比值与该DNA分子中每一单链中这一比值相等。（A1+A2+T1+T2）/(G1+G2+C1+C2）=(A1+T1）/(G1+C1）=(A2+T2）/(G2+C2）

规律三：DNA分子一条链中，两个不互补配对的碱基之和的比值等于另一互补链中这一比值的倒数，即DNA分子一条链中 的比值等于其互补链中这一比值的倒数。（A1+G1）/(T1+C1）=(T2+C2）/(A2+G2）

规律四：在双链DNA分子中，互补的两个碱基和占全部碱基的比值等于其中任何一条单链占该碱基比例的比值，且等于其转录形成的mRNA中该种比例的比值。即双链（A+T)%或（G+C)%=任意单链 (A+T)%或（G+C)%=mRNA中 (A+U)%或（G+C)%。DNA为双链双螺旋结构。

规律五：不同生物的DNA分子中，其互补配对的碱基之和的比值（A+T)/(G+C）不同，代表了每种生物DNA分子的特异性。2

计算方法关于碱基互补配对规律的计算，其生物学知识基础是：基因控制蛋白质的合成。由于基因控制蛋白质的合成过程是：⑴微观领域—分子水平的复杂生理过程，学生没有感性知识为基础，学习感到非常抽象。⑵涉及到多种碱基互补配对关系，DNA分子内部有A与T配对，C与G配对；DNA分子的模板链与生成的RNA之间有A与T配对，A与U配对，C与G配对。学习过程中，学生不易认识清楚。⑶涉及许多数量关系（规律），在DNA双链中，

①A=T，G=C，A+G=T+C，A+G/T+C =1。

②一条单链的A+G/T+C的值与另一条互补单链的A+G/T+C的值互为倒数。

③一条单链的A+T/C+G的值，与另一条互补链的A+T/C+G的值相等。

④在双链DNA及其转录的RNA之间有下列关系：一条链上的（A+T）等于另一条链上的（A+T）等于RNA分子中（A+U）等于12DNA双链中的（A+T）等。3

判断规则另外，在DNA转录成RNA时，有两种方法根据碱基互补配对原则判断：

1）将模板链根据原则得出一条链，再将得出的链中的T改为U（尿嘧啶）即可；

2）将非模板链的T改为U即可。如：

DNA：ATCGAATCG （将此为非模板链）；

UAGCUUAGC（将此为模板链）；转录出的mRNA：AUCGAAUCG（可看出只是将非模板链的T改为U，所以模板链又叫无义链。这也是中心法则和碱基互补配对原则的体现。2

本词条内容贡献者为:

侯传涛 - 副教授 - 青岛大学