遺伝情報とその発現の問題

ある遺伝子から転写された mRNA の塩基配列（35 塩基）は、5' 末端から順に次のとおりである。

5'-GGCACAUGGCUAACCUGACAUACGGAAAGUAAGCA-3'

この mRNA の翻訳について、次のことがわかっている。
- 翻訳は、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 塩基ずつ区切って読まれる。AUG はメチオニンを指定する
- 終止コドンは UAA、UAG、UGA の 3 種類で、これらはアミノ酸を指定しない。終止コドンが現れると翻訳は終わる
- 合成されたポリペプチドからアミノ酸が取り除かれることはないものとする（最初のメチオニンも 1 個と数える）

この遺伝子に、次の 2 種類の突然変異が別々に起こった。ただし、塩基の位置は上の mRNA の 5' 末端の G を 1 番目として数えたもので、それぞれの突然変異はこの 1 か所だけで起こり、転写の開始・終了の位置は変わらないものとする。

• 変異 1: mRNA の 23 番目の塩基 C が A に置き換わる（置換）
• 変異 2: mRNA の 12 番目の塩基 A がなくなる（欠失）

変異 1 と変異 2 のそれぞれの mRNA から合成されるポリペプチドのアミノ酸の数を、$(\text{変異 1 の数},\text{変異 2 の数})$ の形でこの順に求めよ。

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。

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。

ある遺伝子の領域は、$1200$ 塩基対からなる 2 本鎖 DNA である。この領域について調べたところ、次のことがわかった。

• 2 本鎖全体の塩基数のうち、グアニン（G）の占める割合は $23\%$ である。
• この領域の 2 本のヌクレオチド鎖のうち一方（鋳型鎖）の全体が転写され、$1200$ 塩基からなる mRNA が 1 種類つくられた。この mRNA はスプライシングなどの加工を受けず、鋳型鎖の塩基と過不足なく相補的に対応している。
• この mRNA の塩基数のうち、アデニン（A）の占める割合は $31\%$、シトシン（C）の占める割合は $20\%$ である。

この mRNA に含まれるウラシル（U）の数を求めよ。