遺伝情報とその発現の問題

ある遺伝子の DNA の一部について、鋳型鎖（アンチセンス鎖）の塩基配列は、3' 末端側から順に次のとおりである（34 塩基）。

$$3^{\prime }\text{-CGTACTTCACCGTTAGTAATCTTGCGATGACTGA-}{5}^{\prime }$$

この部分から転写される mRNA について、次のことがわかっている。

• 翻訳は、mRNA の 5' 末端側から見て最初に現れる開始コドン AUG から始まり、そこから 3 塩基ずつ読まれる。
• 終止コドンは UAA、UAG、UGA の 3 種類だけであり、読み枠の中に終止コドンが現れるとそこで翻訳が終わる（終止コドンに対応するアミノ酸はない）。
• この部分の正常な mRNA では、開始コドンから読み始めると、この部分の中に終止コドンが 1 つ現れて翻訳が終わる。

いま、この DNA の 1 か所で、1 つの塩基対が別の塩基対に置き換わる置換が起こる場合を考える。置換の対象は、mRNA で開始コドンの次のコドンから終止コドンの直前のコドンまでに対応する塩基対だけとし、1 か所の塩基対につき置き換わり方は 3 通りあるものとする。このような置換のうち、読み枠の途中に新たに終止コドンが生じて、翻訳が正常より早く終わるものは全部で何通りあるか。整数で答えよ。

ある遺伝子の一部の領域について、DNA の鋳型鎖（転写のときに鋳型となる鎖）の塩基配列を $3^{\prime }$ 末端から順に書くと、次のようになる（32 塩基）。

$$3^{\prime }\text{-CGTTACAGACCTGTGAACGGTTTCATTGATCG-}{5}^{\prime }$$

この領域から転写される mRNA は、鋳型鎖の $3^{\prime }$ 末端の塩基と相補的な塩基を $5^{\prime }$ 末端とし、鋳型鎖のすべての塩基に相補的な 32 塩基からなるものとする。翻訳は、mRNA の $5^{\prime }$ 末端側から見て最初に現れる AUG を開始コドンとして始まり、終止コドンが現れるまで 3 塩基ずつ読まれるものとする。必要なコドンとアミノ酸の対応は次の表のとおりである（表にないコドンは、この問題を解くのに必要ない）。

ある突然変異体では、この領域の鋳型鎖の塩基 1 個（およびそれと対になる相補鎖の塩基 1 個）だけが欠失しており、それ以外の塩基に変化はなかった。この突然変異体でこの領域からつくられるポリペプチドのアミノ酸配列を調べたところ、N 末端から順に

Met－Ser－Gly－Pro－Cys－Gln－Ser－Asn

の 8 個のアミノ酸からなっていた。欠失した鋳型鎖の塩基は、もとの鋳型鎖の $3^{\prime }$ 末端から数えて何番目の塩基か。

ある遺伝子からつくられる mRNA の一部の塩基配列は、次のとおりである。

$$5^{\prime }\text{-AUGCCAGUAAGCUUCGGAUAGCA-}{3}^{\prime }$$

翻訳は 5′ 末端の $\text{AUG}$（開始コドン）から始まり、3 塩基ずつ読まれて、終止コドン（$\text{UAA}$・$\text{UAG}$・$\text{UGA}$）が現れたところで終わる。開始コドン $\text{AUG}$ はメチオニンを指定し、合成されるポリペプチドのアミノ酸の数に含める。また、終止コドンはアミノ酸を指定しない。

この遺伝子に突然変異が起こり、mRNA の 5′ 末端から数えて $4$ 番目の塩基 $\text{C}$ が 1 つ欠失した。この変異した mRNA から合成されるポリペプチドは、何個のアミノ酸からなるか。

アデニン（A）とシトシン（C）の 2 種類の塩基だけからなる、非常に長い人工 RNA を合成した。この RNA では、どの位置の塩基も他の位置とは無関係に、確率 $p$ で A、確率 $1-p$ で C になっている（$0<p<1$）。ただし、$p$ の値は実験者にはわからない。

この RNA を、開始コドンがなくても翻訳を始める無細胞翻訳系に加えてポリペプチドを合成させた。A と C だけからなる 8 種類のコドンが指定するアミノ酸は、次の表のとおりである（これらの中に終止コドンはない）。

合成されたポリペプチドを調べたところ、取り込まれたリシンとヒスチジンの個数の比は $\text{Lys}:\text{His}=9:1$ であった。

各コドンが翻訳される回数は、そのコドンが RNA 中に現れる確率に比例し、各アミノ酸の取り込まれた個数はそのアミノ酸を指定するコドンが翻訳される回数の合計に等しいものとする。このとき、ポリペプチドに取り込まれたアミノ酸全体の個数のうち、トレオニンの個数が占める割合を分数で求めよ。

ある生物の細胞で、次のアミノ酸配列をもつペプチドが合成されている（左が N 末端側）。

メチオニン－アラニン－リシン－セリン－アラニン－トリプトファン－グリシン

このペプチドは、mRNA の開始コドン AUG（メチオニンを指定する）から翻訳が始まり、グリシンを指定するコドンのすぐ次にある終止コドンで翻訳が終わって合成される。この生物の遺伝暗号では、各アミノ酸を指定するコドンの種類の数と終止コドンの種類の数は次の表のとおりである。

この mRNA のうち、開始コドンの最初の塩基から終止コドンの最後の塩基までの領域（翻訳領域）について、その塩基数と、その塩基配列として考えられるものの種類の数を、この順に組で求めよ。ただし、翻訳領域の途中に終止コドンは含まれず、コドンは重なりなく 3 塩基ずつ連続して読まれるものとする。