遺伝情報とその発現の問題

増幅したい領域をもつ 2 本鎖 DNA が $50$ 分子含まれる溶液を用いて、PCR 法を $6$ サイクル行った。1 サイクルごとに、増幅したい領域の 2 本鎖 DNA の分子数はちょうど 2 倍になるものとする。$6$ サイクル後に、増幅したい領域の 2 本鎖 DNA は何分子になるか。

長さ $3000$ 塩基対の直鎖状の 2 本鎖 DNA（以下、鋳型 DNA）がある。鋳型 DNA の塩基対に、左端から順に $1$ 番から $3000$ 番まで番号をつける。

この鋳型 DNA の $501$ 番から $1700$ 番までの $1200$ 塩基対の領域（以下、目的領域）を、2 種類のプライマーを用いて PCR 法で増幅した。反応液には鋳型 DNA を $3$ 分子加えた。PCR について、次のように仮定する。

• 1 サイクルは「加熱による 2 本鎖の解離 → プライマーの結合 → DNA ポリメラーゼによる伸長」からなる。
• 各サイクルでは、反応液中のすべての 1 本鎖 DNA が鋳型としてはたらき、プライマーは目的領域の両端に正確に結合し、伸長は鋳型となる鎖の $5^{\prime }$ 末端に達するまで進む。
• プライマー・ヌクレオチドなどの材料は十分にあり、上記以外の反応は起こらない。

問 $6$ サイクル終了後、反応液中にある「2 本の鎖がどちらも目的領域（$501$ 番〜$1700$ 番）とちょうど同じ長さである 2 本鎖 DNA」をすべて取り出した。これを制限酵素 X と制限酵素 Y の両方で完全に切断し、電気泳動を行った。鋳型 DNA 上での X と Y の切断部位は次の表のとおりである（「$a$ 番と $a+1$ 番の間」で切断する）。

同じ長さ（塩基対数）の断片は電気泳動で $1$ 本のバンドになり、異なる長さの断片はすべて別のバンドとして分離されるものとする。また、切断面の付着末端による長さの違いは無視し、断片の長さは上の番号から求めるものとする。

取り出した 2 本鎖 DNA の分子数と、電気泳動で検出されるバンドの本数を、この順に組で答えよ。

窒素源として重い窒素 ${}^{15}\mathrm{N}$ だけを含む培地で何世代も培養し、DNA の窒素がすべて ${}^{15}\mathrm{N}$ になった大腸菌がある。この大腸菌を、窒素源として軽い窒素 ${}^{14}\mathrm{N}$ だけを含む培地に移し、3 回分裂させた。その後、大腸菌から DNA を取り出し、密度によって分けた。

DNA は半保存的に複製されるものとし、DNA の 2 本鎖がどちらも ${}^{14}\mathrm{N}$ からなるものを「軽い DNA」、一方の鎖が ${}^{15}\mathrm{N}$ で他方の鎖が ${}^{14}\mathrm{N}$ からなるものを「中間の DNA」とよぶ。3 回分裂後の中間の DNA と軽い DNA の分子数の比を、最も簡単な整数比で、中間の DNA $:$ 軽い DNA の順に求めよ。

長さが $6000$ 塩基対の直線状の 2 本鎖 DNA がある。この DNA には、ある制限酵素 X の切断部位が 3 か所あり、その位置は DNA の左端からそれぞれ $1000$ 塩基対、$2500$ 塩基対、$4000$ 塩基対のところである。

この DNA を制限酵素 X で完全に切断し、得られた DNA 断片を電気泳動した。同じ長さの DNA 断片は同じ位置に 1 本のバンドとして検出され、長さが異なる断片は別々のバンドとして検出されるものとする。検出されるバンドは何本か。

ある 2 本鎖 DNA を構成する 2 本のヌクレオチド鎖を、甲鎖・乙鎖とよぶ。この 2 本鎖 DNA 全体の塩基のうち、アデニン（A）の数の割合は $30\%$ である。また、甲鎖の塩基のうち、A の数の割合は $20\%$ である。

甲鎖の全長を鋳型として転写された RNA の塩基のうち、アデニン（A）の数の割合は何 % か。