遺伝情報とその発現（知識）の問題

難易度 2教科書の章末問題レベル高校生物遺伝情報とその発現（知識）

4 種類の生物（またはウイルス）から、遺伝情報を担う核酸をそれぞれ取り出した（試料 1〜4）。各試料は、2 本鎖 DNA、1 本鎖 DNA、1 本鎖 RNA のいずれか 1 種類だけからなる。それぞれの試料に含まれる塩基の数の割合（%）を調べたところ、次の表のようになった。

試料	A	G	C	T	U
1	30	20	20	30	0
2	24	25	18	33	0
3	21	29	29	21	0
4	26	23	25	0	26

（A：アデニン、G：グアニン、C：シトシン、T：チミン、U：ウラシル）

この結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

ア　試料 2 は、A と T の割合が等しくないので、1 本鎖 RNA であると考えられる。
イ　試料 4 は、T を含まないので、1 本鎖 DNA であると考えられる。
ウ　試料 1 と試料 3 はいずれも 2 本鎖 DNA であると考えられ、G と C の割合の和は試料 3 のほうが大きい。
エ　試料 1 と試料 3 はいずれも 2 本鎖 DNA であると考えられ、A と T の割合の和は試料 3 のほうが大きい。

この問題で使うもの

DNA の構造と相補性（説明と入口の問題）

この問題を解けるようになるまで（39 技能）

算数中学高校大学大学院

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ヒント

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ヒント 1

DNA と RNA で使われる塩基の違いと、2 本鎖 DNA で塩基どうしがどのように対をつくるかを思い出そう。

ヒント 2

2 本鎖 DNA では A と T、G と C が相補的に対をつくるので、A と T、G と C の割合がそれぞれ等しくなる。また、RNA は T の代わりに U をもつ。

ヒント 3

試料 4 は U を含むので RNA、試料 2 は T を含むが A と T が等しくないので 1 本鎖 DNA と判断できる。これでア・イの正誤が決まるので、残りは試料 1 と試料 3 の G + C、A + T の割合を比べればよい。

答えと解説

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ウ

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考え方

DNA を構成する塩基は A, G, C, T の 4 種類で、RNA では T の代わりに U が使われる。したがって、T を含み U を含まない試料は DNA、U を含み T を含まない試料は RNA である。
2 本鎖 DNA では、A と T、G と C が相補的に塩基対をつくって二重らせんをつくるので、A と T の割合、G と C の割合はそれぞれ等しくなる。1 本鎖の核酸では塩基対をつくる相手の鎖がないので、このような関係は一般に成り立たない。

各試料の判定

試料 1: T を含み U を含まないので DNA。A = T = 30 %、G = C = 20 % なので 2 本鎖 DNA と考えられる。
試料 2: T を含み U を含まないので DNA。A（24 %）と T（33 %）、G（25 %）と C（18 %）が等しくないので 1 本鎖 DNA と考えられる。
試料 3: T を含み U を含まないので DNA。A = T = 21 %、G = C = 29 % なので 2 本鎖 DNA と考えられる。
試料 4: U を含み T を含まないので RNA（1 本鎖 RNA）である。

各選択肢

ア　誤り。試料 2 は T を含み U を含まないので RNA ではなく DNA であり、A と T が等しくないことから 1 本鎖 DNA と考えられる。
イ　誤り。試料 4 は T の代わりに U を含むので、DNA ではなく RNA である。
ウ　正しい。G と C の割合の和は、試料 1 が $20 + 20 = 40 (%)$ 、試料 3 が $29 + 29 = 58 (%)$ で、試料 3 のほうが大きい。
エ　誤り。A と T の割合の和は、試料 1 が $30 + 30 = 60 (%)$ 、試料 3 が $21 + 21 = 42 (%)$ で、試料 1 のほうが大きい。

よって、正解はウである。

別解

各試料の組成を調べる。
- 試料 1: A = T = 30 %、G = C = 20 %。シャルガフの規則（A = T、G = C）が成り立つので 2 本鎖 DNA。G + C = 40 %、A + T = 60 %。
- 試料 2: T を含み U を含まないので DNA。A (24) ≠ T (33)、G (25) ≠ C (18) で規則が成り立たないので 1 本鎖 DNA。
- 試料 3: A = T = 21 %、G = C = 29 %。規則が成り立つので 2 本鎖 DNA。G + C = 58 %、A + T = 42 %。
- 試料 4: T を含まず U を含むので RNA。A ≠ U ではなく規則とは無関係に 1 本鎖 RNA（RNA は通常 1 本鎖で、U を含むことから RNA と決まる）。

選択肢の検討。
ア: 試料 2 は T を含むので RNA ではなく DNA である。A と T が等しくないことから 1 本鎖 DNA と考えられる。誤り。
イ: 試料 4 は T を含まないが、U を含むので RNA である。1 本鎖 DNA ではない。誤り。
ウ: 試料 1、3 はいずれも 2 本鎖 DNA で、G + C は試料 1 が 40 %、試料 3 が 58 % なので試料 3 のほうが大きい。正しい。
エ: A + T は試料 1 が 60 %、試料 3 が 42 % なので試料 1 のほうが大きく、試料 3 のほうが大きいというのは誤り。

答え: ウ

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DNA 断片	ウェルからバンドまでの距離
X	4.5 cm
Y	1.5 cm
Z	3.0 cm

	a	b
ア	5'-TCGAAC-3'	1
イ	5'-TCGAAC-3'	2
ウ	5'-CAAGCT-3'	1
エ	5'-CAAGCT-3'	2
オ	5'-GTTCGA-3'	1
カ	5'-GTTCGA-3'	2

難易度 3（共通テストレベル）

アンピシリン耐性遺伝子をもつプラスミドに、オワンクラゲの緑色蛍光タンパク質（GFP）の遺伝子を組み込み、組換えプラスミド Q をつくった。GFP 遺伝子は、アンピシリン耐性遺伝子とは別の位置に、大腸菌の中で発現できるように組み込まれている。用いた大腸菌は、アンピシリン耐性をもたず、GFP の遺伝子ももたない。

この大腸菌を次の 2 通りに処理した。

処理 1：大腸菌を Q と混ぜ、プラスミドを取り込みやすくする操作を行った。
処理 2：大腸菌を Q と混ぜずに、処理 1 と同じ操作を行った。

それぞれの大腸菌の液を、アンピシリンを含まない培地 A と、アンピシリンを含む培地 B に同じ量ずつまいて培養した。その後、生じたコロニーの数を数え、紫外線を当てて緑色の蛍光を発するかどうかを調べた。結果は次の表のとおりであった。

	培地 A（アンピシリンなし）	培地 B（アンピシリンあり）
処理 1	約 1000 個。そのうち約 20 個だけが蛍光を発し、残りは発しなかった	約 20 個。すべて蛍光を発した
処理 2	約 1000 個。すべて蛍光を発しなかった	0 個

この実験の結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

ア　処理 1 の培地 B にコロニーが生じたのは、アンピシリンにさらされたことで、大腸菌の DNA にアンピシリン耐性遺伝子が新たに生じたからである。
イ　処理 1 の培地 A で蛍光を発しないコロニーが多かったのは、Q を取り込んだ大腸菌の多くで GFP 遺伝子が転写されなかったからである。
ウ　処理 2 の培地 A にコロニーが生じたことから、用いた大腸菌はもともとアンピシリン耐性をもっていたと考えられる。
エ　Q を取り込んだ大腸菌は全体のごく一部であり、アンピシリンを含む培地を用いると、Q を取り込んだ大腸菌を選び出すことができる。
オ　処理 1 の培地 A で蛍光を発したコロニーの大腸菌は、Q をもたず、自分の DNA に GFP 遺伝子をもっていたと考えられる。

難易度 3（共通テストレベル）

ある細菌は、酵素 X をつくる遺伝子 $x$ をもつ。野生型の遺伝子 $x$ からは、 $300$ 個のアミノ酸からなるポリペプチドがつくられる。このポリペプチドが酵素 X としてはたらく。

この細菌から、遺伝子 $x$ に突然変異をもつ変異体 A〜E を得た。どの変異体でも、突然変異は次の条件を満たしていた。

遺伝子 $x$ の翻訳される領域（開始コドンから、最後のアミノ酸を指定するコドンまで）のどこか 1 か所に起こっている。
その内容は、1 塩基の置換、1 塩基の欠失、1 塩基の挿入のいずれか 1 つである。

なお、この遺伝子にイントロンはない。各変異体がつくるポリペプチドを調べた結果を次の表に示す。

変異体	ポリペプチドのアミノ酸の数	野生型と比べたアミノ酸配列	酵素 X の活性
A	$300$	$85$ 番目のアミノ酸だけが異なる	あり（野生型と同程度）
B	$300$	$150$ 番目のアミノ酸だけが異なる	なし
C	$120$	$1$ 〜 $120$ 番目は野生型と同じ	なし
D	$300$	野生型と同じ	あり（野生型と同程度）
E	$158$	$1$ 〜 $40$ 番目は野生型と同じで、 $41$ 番目以降は大きく異なる	なし

この結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

ア　変異体 A では、1 塩基の欠失によって、 $85$ 番目のアミノ酸を指定するコドンが別のアミノ酸を指定するコドンに変わったと考えられる。
イ　変異体 B と変異体 D の結果から、ポリペプチドのアミノ酸の数が変わらない突然変異は、酵素の活性に影響しないと考えられる。
ウ　変異体 C では、 $120$ 番目のアミノ酸を指定するコドンが、塩基の置換によって終止コドンに変わったと考えられる。
エ　変異体 D では、塩基配列が変化してもアミノ酸配列が変わらなかった。これは、1 種類のアミノ酸を複数のコドンが指定する場合があるためと考えられる。
オ　変異体 E では、1 塩基の置換によって、 $41$ 番目のアミノ酸を指定するコドンより後ろの読み枠（3 塩基ずつの区切り）がずれたと考えられる。