遺伝情報とその発現の問題

難易度 1教科書の例題レベル高校生物遺伝情報とその発現

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。

$5^{'} -AUGCCAGUAAGCUUCGGAUAGCA- 3^{'}$

翻訳は 5′ 末端の $AUG$ （開始コドン）から始まり、3 塩基ずつ読まれて、終止コドン（ $UAA$ ・ $UAG$ ・ $UGA$ ）が現れたところで終わる。開始コドン $AUG$ 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 $C$ 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。

この問題で使うもの

置換・欠失によるアミノ酸配列の変化（説明と入口の問題）

この問題を解けるようになるまで（46 技能）

算数中学高校大学大学院

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ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

技能「置換・欠失によるアミノ酸配列の変化」を使う。欠失後の塩基配列を書き、開始コドンから 3 塩基ずつ区切り直して、新しく終止コドンが現れる位置を探す。

ヒント 2

1 塩基が欠失すると、その位置より後ろの読み枠が 1 塩基ずれる（フレームシフト）。終止コドンは $UAA$ ・ $UAG$ ・ $UGA$ である。

ヒント 3

欠失後の配列は $5^{'} -AUGCAGUAAGCU \dots$ となる。これを $AUG$ から 3 塩基ずつ区切ってみよう。

答えと解説

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2

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解説を読む

手順 1: もとの mRNA の読み枠を確かめる。

もとの mRNA を開始コドンから 3 塩基ずつ区切ると
$AUG CCA GUA AGC UUC GGA UAG CA$
となり、7 番目のコドン $UAG$ が終止コドンなので、もとのポリペプチドは $6$ 個のアミノ酸からなる。

手順 2: 欠失後の塩基配列を書く。

5′ 末端から 4 番目の $C$ （ $CCA$ の最初の $C$ ）を取り除くと
$5^{'} -AUGCAGUAAGCUUCGGAUAGCA- 3^{'}$
となる。1 塩基の欠失なので、欠失した位置より後ろの読み枠が 1 塩基ずれる（フレームシフト）。

手順 3: 開始コドンから 3 塩基ずつ区切り直す。
$AUG CAG UAA \dots$
3 番目のコドンが終止コドン $UAA$ になるので、翻訳はここで終わる。

手順 4: アミノ酸の数を数える。

終止コドンの前のコドンは $AUG$ と $CAG$ の 2 つなので、合成されるポリペプチドは $2$ 個のアミノ酸からなる。

別解

もとの配列は 5′-A U G C C A G U A A G C U U C G G A U A G C A-3′。5′ 末端から数えて 4 番目の C を欠失すると、5′-A U G C A G U A A G C U U C G G A U A G C A-3′ となる。AUG から 3 塩基ずつ読むと、AUG、CAG、UAA となり、3 番目の UAA が終止コドンなので翻訳が終わる。アミノ酸を指定するコドンは AUG と CAG の 2 個。よってポリペプチドは 2 個のアミノ酸からなる。

この問題の確認

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アミノ酸	メチオニン	グリシン	フェニルアラニン	リシン
コドンの種類の数	1	4	2	2

難易度 3（共通テストレベル）

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 $3^{'}$ 末端から順に書くと、次のようになる（32 塩基）。

$3^{'} -CGTTACAGACCTGTGAACGGTTTCATTGATCG- 5^{'}$

この領域から転写される mRNA は、鋳型鎖の $3^{'}$ 末端の塩基と相補的な塩基を $5^{'}$ 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 $5^{'}$ 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）。

コドン	アミノ酸
AUG	メチオニン（Met）
UCU, AGU	セリン（Ser）
GGA, GGC	グリシン（Gly）
CAU, CAC	ヒスチジン（His）
CAA	グルタミン（Gln）
UUG, CUG	ロイシン（Leu）
CCU, CCC, CCA, CCG	プロリン（Pro）
AAG	リシン（Lys）
AAC	アスパラギン（Asn）
ACU	トレオニン（Thr）
UGC	システイン（Cys）
GAC	アスパラギン酸（Asp）
UAA, UAG, UGA	終止コドン

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 $3^{'}$ 末端から数えて何番目の塩基か。