内容正文:
第3章 基因的本质
第2节 DNA的结构
1.概述DNA结构的主要特点。2.通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的讨论和交流,认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。3.制作DNA双螺旋结构模型。
2
目录
CONTENTS
02
知识框架构建
04
课时作业
01
知识自主梳理
03
重点难点突破
01
知识自主梳理
一读·课本夯实基础
知识点一 DNA双螺旋结构模型的构建
1.构建者
美国生物学家_______和英国物理学家____________。
2.构建过程
沃森
克里克
脱氧
核苷酸
DNA衍射
双螺旋和三螺旋
T
C
脱氧核糖—磷酸
碱基
A
G
相反
知识自主梳理
5
组成元素 ________________________
基本单位
__________ 组成 每个脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子_________构成,共有四种碱基,分别为A________、T_________、G_______、C________________
分子
结构 脱氧核糖上与碱基相连的碳叫作1′C,与磷酸基团相连的碳叫作5′C
知识点二 DNA的结构
C、H、O、N、P
脱氧核苷酸
含氮碱基
腺嘌呤
胸腺嘧啶
鸟嘌呤
胞嘧啶
磷酸
碱基
知识自主梳理
6
结构模式图 DNA的一条单链具有两个末端,一端有一个游离的___________,这一端称作5′端,另一端有一个____________,称作3′端。DNA的两条单链走向______,从双链的一端起始,一条单链是从___端到___端的,另一条单链则是从____端到____端的
磷酸基团
羟基(—OH)
相反
5′
3′
3′
5′
知识自主梳理
7
结构特点 ①DNA是由_____条单链组成的,这两条链按_________方式盘旋成_______结构。
②DNA中的__________________交替连接,排列在外侧,构成__________;________排列在内侧。
③两条链上的碱基通过_______连接成碱基对。碱基配对的规律是:____与T配对,_____与C配对。碱基之间的这种一一对应的关系,叫作_______________原则
两
反向平行
双螺旋
脱氧核糖和磷酸
基本骨架
碱基
氢键
A
G
碱基互补配对
知识自主梳理
8
知识点三 制作DNA双螺旋结构模型及DNA相关计算
1.探究·实践 制作DNA双螺旋结构模型
(1)材料用具
曲别针、泡沫塑料、纸片、扭扭棒、牙签、橡皮泥、铁丝等。
(2)制作过程
①组装脱氧核苷酸模型:利用材料制作若干个___________、磷酸和碱基,组装成若干个脱氧核苷酸。
脱氧核糖
知识自主梳理
9
②制作多核苷酸长链模型:将若干个脱氧核苷酸依次穿起来,组成两条多核苷酸长链。注意两条长链的单核苷酸数目必须________,碱基之间能够__________,碱基互补配对的方式:__________________________。
③制作DNA平面结构模型:按照__________________的原则,将两条多核苷酸长链互相连接起来,注意两条链的方向________。
④制作DNA的立体结构(双螺旋结构)模型:把DNA平面结构旋转,即可得到一个DNA的双螺旋结构模型。
相等
互补配对
A—T、C—G、T—A、G—C
碱基互补配对
相反
知识自主梳理
10
2.DNA分子中碱基数量关系的相关计算
(1)任意两个不互补的碱基之和恒等,且等于碱基总数的一半。
(A+C)/(T+G)=____或(A+G)/(T+C)=______。
(2)互补碱基之和的比例在任意一条链及整个DNA分子中都相同。
(A1+T1)/(A1+T1+C1+G1)=______________________
(G1+C1)/(A1+T1+C1+G1)=______________________
(3)若在DNA一条链中(A+T)/(G+C)=m,则在其互补链、整个DNA分子中(A+T)/(G+C)=_______。
(4)非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数。
若在DNA一条链中(A+G)/(T+C)=a,则在其互补链中(A+G)/(T+C)=____。
1
1
(A+T)/(A+T+C+G)
(G+C)/(A+T+C+G)
m
1/a
知识自主梳理
11
(P52科学·技术·社会)判断:DNA指纹技术在现代刑侦领域中发挥着重要作用,此外,还可以用于亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。( )
√
知识自主梳理
12
知识框架构建
再读·课本整体感知
02
知识框架构建
14
1.DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链,这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、G、C 4种碱基。在DNA中,腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量,鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。(课本P48)
练习1 (1)DNA是以4种核糖核苷酸连接而成的长链。( )
(2)查哥夫发现了在DNA中,腺嘌呤的量总是等于胸腺嘧啶的量,鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶的量。( )
×
√
知识框架构建
15
练习2 (1)DNA分子中A与T配对,G与C配对,且碱基通过磷酸二酯键连接成碱基对。( )
(2)在DNA双螺旋结构中,DNA中的核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架。( )
2.DNA双螺旋结构的主要特点:
(1)DNA是由两条单链组成的,这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
(2)DNA中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧。
(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,并且碱基配对具有一定的规律:A(腺嘌呤)与T(胸腺嘧啶)配对,G(鸟嘌呤)与C(胞嘧啶)配对。碱基之间的这种一一对应的关系,叫作碱基互补配对原则。(课本P50)
×
×
知识框架构建
16
重点难点突破
三读·课本质疑疑难
03
重难一 DNA结构的主要特点
重点难点突破
18
[例1] eccDNA是一类独立于染色体外的环状DNA分子,与染色体结构相比,呈环状,较稳定,如图为eccDNA的结构示意图。下列叙述错误的是( )
A.该DNA分子中嘌呤碱基数等于嘧啶碱基数
B.该DNA分子中每个脱氧核糖都和两个磷酸分子相连
C.脱氧核糖和磷酸交替排列在外侧构成该DNA的骨架
D.该DNA分子5′端有游离的磷酸基团,3′端有羟基
重点难点突破
19
解题分析:此DNA分子是双链,双链DNA分子中,碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则,且互补配对的碱基数目彼此相等,即A=T,C=G,因此双链DNA所含的嘌呤碱基数量等于嘧啶碱基数量,A正确;此DNA分子是环状,脱氧核苷酸首尾相连,所以该DNA分子中每个脱氧核糖都和两个磷酸分子相连,B正确;此DNA分子是双链,每个双链DNA分子中都是脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架,C正确;此DNA分子呈环状,脱氧核苷酸首尾相连,因此该DNA分子5′端没有游离的磷酸基团,3′端没有羟基,D错误。
重点难点突破
20
[例2] 1962年,美国生物学家沃森、英国物理学家出身的克里克和英国物理学家威尔金斯因为《核酸的分子结构—脱氧核糖核酸的一个结构模型》共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。如图是DNA分子结构模式图,下列叙述正确的是( )
A.图中2链上从3′到5′,碱基排列顺序是—ACGTCAG—
B.图中3是一个鸟嘌呤脱氧核苷酸
C.图中4部位的碳与磷酸基团相连,为3′C
D.此类DNA分子的碱基(A+T)/(G+C)都是1
重点难点突破
21
解题分析:脱氧核苷酸的磷酸基团连接在脱氧核糖的5′C上,故图中3不是鸟嘌呤脱氧核苷酸,4部位的碳与磷酸基团相连,为5′C,B、C错误;不同生物的DNA分子中 比值一般不同,该比值体现了不同生物DNA分子的特异性,D错误。
重点难点突破
22
重难二 DNA的有关计算
解答碱基计算题目的三个步骤
第一步:搞清题中所给出的碱基数或碱基数的和是占单链的比例还是双链的比例,所求的是占整个DNA的比例还是占其中一条链的比例。
第二步:画出一个DNA模式图,并在图中标出已知和所求的碱基。
第三步:根据碱基互补配对原则及有关规律进行计算。
重点难点突破
23
重点难点突破
24
重点难点突破
25
[例4] 下列关于双链DNA分子的叙述,错误的是( )
A.若一条链上A和T的数目相等,则另一条链上A和T的数目也相等
B.若一条链上G的数目为C的2倍,则另一条链上G的数目是C的
C.若一条链的A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则另一条链的相应碱基比为4∶3∶2∶1
D.若一条链的G∶T=1∶2,则另一条链的C∶A=1∶2
重点难点突破
26
解题分析:根据碱基互补配对原则,若一条链上A和T的数目相等,则另一条链上A和T的数目也相等,A正确;一条链上G的数目与另一条链上C的数目相等,故若一条链上G的数目为C的2倍,则另一条链上G的数目为C的 ,B正确;一条链上A的数目与另一条链上T的数目相等,一条链上G的数目与另一条链上C的数目相等,因此,若一条链上的A∶T∶G∶C=1∶2∶3∶4,则另一条链上A∶T∶G∶C=2∶1∶4∶3,C错误;一条链上G的数目与另一条链上C的数目相等,一条链上T的数目与另一条链上A的数目相等,因此若一条链的G∶T=1∶2,则另一条链的C∶A=1∶2,D正确。
重点难点突破
27
课时作业
04
题号 1 2 3 4 5 6 7
难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
题点 DNA双螺旋结构模型的构建 DNA的
结构 DNA的
结构 DNA的
结构 DNA的
结构 制作DNA
双螺旋结构模型 制作DNA双螺旋结构模型
题号 8 9 10 11 12 13 14
难度 ★ ★ ★★ ★★★ ★★ ★★★ ★★
题点 DNA相关
计算 DNA的
结构 DNA的
结构 制作DNA双螺旋结构模型 DNA相关
计算 DNA的结构 DNA相关计算
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课时作业
29
[基础对点]
知识点一 DNA双螺旋结构模型的构建
1.DNA双螺旋结构模型的提出是二十世纪自然科学的伟大成就之一。下列研究成果中,为该模型构建提供主要依据的是( )
①赫尔希和蔡斯证明DNA是遗传物质的实验
②富兰克林等拍摄的DNA分子X射线衍射图谱 ③查哥夫发现的DNA中嘌呤含量与嘧啶含量相等 ④沃森和克里克提出的DNA半保留复制机制
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
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课时作业
30
知识点二 DNA的结构
2.下列关于DNA分子双螺旋结构主要特点的叙述,正确的是( )
A.核苷酸通过肽键互相连接
B.A与T配对,C与G配对
C.DNA分子的两条链方向相同
D.碱基和磷酸交替排列在内侧
解析:核苷酸通过磷酸二酯键互相连接,A错误;DNA分子的两条链方向相反,C错误;脱氧核糖和磷酸交替排列在外侧,D错误。
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课时作业
31
3.DNA指纹法在案件侦破工作中有着重要作用,从案发现场提取DNA样品,可为案件侦破提供证据,其依据是不同人体内的DNA( )
A.所含的碱基种类不同
B.所含的五碳糖和磷酸不同
C.所含的脱氧核苷酸排列顺序不同
D.空间结构不同
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课时作业
32
4.20世纪90年代,科学家发现DNA也有酶催化活性,DNA-E47是人工合成的由47个核苷酸组成的单链DNA分子,它可以催化两个DNA片段之间的连接。下列有关叙述正确的是( )
A.在DNA-E47中,嘌呤碱基数一定等于嘧啶碱基数
B.在DNA-E47中,碱基数=脱氧核苷酸数=脱氧核糖数
C.在DNA-E47中,含有2个游离的磷酸基团
D.在DNA-E47中,每个脱氧核糖上均连有一个磷酸基团和一个含氮碱基
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课时作业
33
解析:根据题意可知,由于DNA-E47是单链DNA分子,其中的嘌呤碱基数不等于嘧啶碱基数,A错误;无论是单链DNA分子还是双链DNA分子,其基本组成单位都是脱氧核苷酸,每个脱氧核苷酸分子由一分子碱基、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成,因此在DNA-E47中,碱基数=脱氧核苷酸数=脱氧核糖数,B正确;在单链DNA分子中,除3′端的脱氧核糖连接一个磷酸基团和一个含氮碱基,其余脱氧核糖上均连有两个磷酸基团和一个含氮碱基,D错误。
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课时作业
34
5.如图关于DNA分子的说法,正确的是( )
A.构成DNA的基本单位为四种核糖核苷酸
B.图中②代表胸腺嘧啶
C.DNA任意一条链中的嘌呤数都等于嘧啶数
D.③表示氢键
解析:构成DNA的基本单位为四种脱氧核糖核苷酸,A错误;图中②表示一分子胸腺嘧啶脱氧核苷酸,B错误;DNA双链中嘌呤数等于嘧啶数,但DNA单链中没有此规律,C错误;③表示碱基互补配对形成的氢键,D正确。
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课时作业
35
知识点三 制作DNA双螺旋结构模型及DNA相关计算
6.下列学生小组制作的DNA结构模型片段中,正确的是( )
解析:组成DNA分子的两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构,两条链中的脱氧核糖的方向应相反,两条链上互补的碱基A与T通过两个氢键相连,G与C通过三个氢键相连,A正确。
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课时作业
36
7.在进行DNA分子模型搭建过程中,能体现DNA分子多样性的做法是( )
A.用不同形状的塑料片表示不同碱基
B.搭建多个随机选用碱基对的DNA分子
C.改变磷酸和脱氧核糖之间的连接方式
D.遵循碱基互补配对原则
解析: DNA分子中的碱基只有四种,DNA单链中磷酸和脱氧核糖的连接方式相同,碱基互补配对的方式相同,所以A、C、D项叙述都不能体现DNA分子的多样性;碱基对的数目和排列顺序导致了DNA分子的多样性,所以搭建DNA分子模型时随机选用碱基对最能体现DNA分子的多样性,B正确。
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课时作业
37
解析:根据碱基互补配对原则,DNA双链中,两个非互补碱基之和占碱基总数的一半,即A+C=50%,则C占26%,C的数量为600÷24%×26%=650(个),D正确。
8.经测定,青蛙体细胞中一段双链DNA中含有A碱基600个,占全部碱基总数的24%。那么,该双链DNA片段中C碱基所占比例和数量分别是( )
A.24%,600个 B.24%,650个
C.26%,600个 D.26%,650个
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课时作业
38
9.沃森和克里克通过不懈的努力探索,终于在1953年构建了DNA的双螺旋结构。如图为DNA的结构示意图,回答相关问题。
(1)由图1、2分析,DNA是由两条单链组成的,这两条链按________的方式盘旋形成________结构,DNA的一条单链具有两个末端,一端有一个游离的__________称为5′端,另一端有一个____________称为3′端,图2中“ ”处应填__________。
反向平行
双螺旋
磷酸基团
羟基(—OH)
3′
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课时作业
39
(2)图1中5代表________。8代表________。10代表________________________。
(3)7的全称是________________________。3的中文名称是________。
脱氧核糖
碱基对
一条脱氧核苷酸链片段
胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸
鸟嘌呤
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课时作业
40
解析:分析图1:1为胞嘧啶,2为腺嘌呤,3为鸟嘌呤,4为胸腺嘧啶,5为脱氧核糖,6为磷酸,7为胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸,8为碱基对,9为氢键,10为一条脱氧核苷酸链片段。分析图2:图2为DNA分子的双螺旋结构。
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课时作业
41
10.如图为DNA分子平面结构模式图。据图判断下列说法错误的是( )
A.1和2交替连接,构成了DNA分子的基本骨架
B.1、2、3构成一个脱氧核苷酸,其种类由3决定
C.不同双链DNA分子中,(A+G)/(T+C)的值相同
D.若甲链的碱基序列为5′-CAG-3′,则乙链的碱
基序列是5′-GTC-3′
[能力提升]
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课时作业
42
解析:不同双链DNA分子中,A=T,C=G,故(A+G)/(T+C)的值相同,都等于1,C正确;若甲链的碱基序列为5′-CAG-3′,两条链反向平行,则乙链的碱基序列是3′-GTC-5′,D错误。
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课时作业
43
11.某研究小组用如图所示的6种卡片,脱氧核糖和磷酸之间的连接物、脱氧核糖和碱基之间的连接物、碱基对之间的连接物(代表氢键)若干,成功搭建了一个完整的DNA结构模型,模型中有4个T和6个G。下列有关说法正确的是( )
A.碱基对之间的连接物(代表氢键)有24个
B.代表胞嘧啶的卡片有4个
C.脱氧核糖和磷酸之间的连接物有38个
D.理论上能搭建出410种不同的DNA模型
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课时作业
44
解析: DNA中A与T配对,它们之间有2个氢键,G与C配对,它们之间有3个氢键,则碱基对之间的连接物(代表氢键)有4×2+6×3=26个,A错误;由于DNA中G=C,模型中有6个G,因此代表胞嘧啶(C)的卡片有6个,B错误;该DNA片段中,脱氧核苷酸数=脱氧核糖数=磷酸数=碱基数=20,除每条链3′端的脱氧核糖需要与1个磷酸相连,其他的脱氧核糖需要与2个磷酸相连,故该DNA片段需要的脱氧核糖和磷酸之间的连接物有20×2-2=38个,C正确;该DNA片段在各种碱基比例不确定的情况下,共有4n=410种(n为碱基对数)碱基排列方式,而该DNA上的碱基比例已确定,因此理论上能搭建出的DNA模型少于410种,D错误。
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课时作业
45
12.某同学分离得到X、Y两种未知菌种,分析其DNA的碱基组成,发现X菌的腺嘌呤含量为15%,而Y菌的胞嘧啶含量为42%。下列关于这两个菌种DNA组成的叙述,正确的是( )
A.X菌的鸟嘌呤含量为15%
B.X菌的胞嘧啶及鸟嘌呤之和占DNA碱基总数的70%
C.Y菌的腺嘌呤的数量较X菌的低
D.将X菌DNA解旋所需能量较将Y菌DNA解旋所需能量多
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课时作业
46
解析:分析两菌种DNA的碱基组成,X菌的腺嘌呤含量为15%,说明胸腺嘧啶的含量为15%,胞嘧啶和鸟嘌呤的含量均为35%,X菌的胞嘧啶及鸟嘌呤之和占DNA碱基总数的70%,A错误,B正确;Y菌的胞嘧啶含量为42%,说明腺嘌呤的含量为8%,但X菌和Y菌的DNA碱基总数不能确定,无法比较两者腺嘌呤数量的高低,C错误;由于两菌DNA中总的碱基对数量不清楚,因此两者解旋所需要的能量无法比较,D错误。
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课时作业
47
13.研究人员采用化学方法人工合成了四种新碱基:P(嘌呤)、Z(嘧啶)、B(嘌呤)、S(嘧啶),其中P和Z配对,B和S配对。研究人员进一步利用上述碱基与天然碱基成功构建了一种合成DNA分子,该DNA与天然DNA拥有十分相似的外形结构。下列关于该合成DNA的推断,不合理的是( )
A.P-Z碱基对、B-S碱基对与天然碱基对具有相近的形态和直径
B.该合成DNA分子也是由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋而成
C.该合成DNA分子中,碱基的比例(A+G+P+Z)/(T+C+B+S)=1
D.四种新碱基加入后,同样长度的DNA能储存的遗传信息量大增
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课时作业
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解析:人工合成碱基与天然碱基构建的合成DNA分子与天然DNA拥有十分相似的外形结构,说明P-Z碱基对、B-S碱基对与天然碱基对具有相近的形态和直径,A不符合题意;合成DNA与天然DNA拥有十分相似的外形结构,说明该合成DNA分子也是由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘旋而成,B不符合题意;P和Z配对,B和S配对,则该合成DNA分子中,碱基的比例(A+G+P+B)/(T+C+Z+S)=1,C符合题意;四种新碱基加入后,脱氧核苷酸为8种,同样长度的DNA排列的可能性由4n变为8n,故同样长度的DNA能储存的遗传信息量大增,D不符合题意。
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课时作业
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课时作业
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课时作业
51
R
eq \f(A+T,G+C)
[例3] 已知某DNA分子中,G与C之和占全部碱基总数的40%,其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的40%和15%。下列有关叙述正确的是( )
A.在它的互补链中,T与C之和占该链碱基总数的55%
B.在它的互补链中,T和C分别占该链碱基总数的20%和25%
C.若该DNA分子含有1000个碱基对,则碱基之间的氢键数为2600个
D.该DNA分子中eq \f(C+G,A+T)=eq \f(3,2)
解题分析:由题中信息可知,某DNA分子中,G+C=40%,其中一条链中T=40%、C=15%,可推出此链中G=25%、A=20%,则它的互补链中,C=25%、T=20%,A错误,B正确;若该DNA分子含有1000个碱基对,则A=T=600(个),C=G=400(个),A、T之间的氢键数为600×2=1200(个),C、G之间的氢键数为400×3=1200(个),此DNA分子碱基之间的总氢键数为2400个,C错误;该DNA分子中eq \f(C+G,A+T)=eq \f(40%,60%)=eq \f(2,3),D错误。
eq \f(1,2)
14.如图为不同生物或生物不同器官(细胞)的DNA中eq \f(A+T,G+C)的比值情况。据图回答下列问题:
(1)若酵母菌一条DNA中eq \f(A+T,G+C)=1.5,则该DNA中一条单链上eq \f(A+T,G+C)=________,另一条链上eq \f(A+T,G+C)=________。
(2)假设小麦DNA中eq \f(A+T,G+C)=1.2,那么eq \f(A+G,T+C)=________。
(3)假如某一DNA中有腺嘌呤30%,则该DNA一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的________。
解析:(2)双链DNA中,A与T配对,G与C配对,且A=T、C=G,因此小麦DNA中eq \f(A+G,T+C)=1。
(3)由题可知,A=T=30%,则C=G=(1-2×30%)÷2=20%,则鸟嘌呤占20%。若所有鸟嘌呤分布在一条链上,则一条链上鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的40%。
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