1 本鎖の塩基組成と転写された RNA の組成

2 本鎖全体と一方の鎖の塩基組成から、もう一方の鎖の塩基の割合を求め、どちらかの鎖を鋳型として転写された RNA の塩基（A・U・G・C）の割合や数を求められる

前提

シャルガフの規則と 2 本鎖の塩基組成（高校生物遺伝情報とその発現）
転写と翻訳のしくみ（高校生物遺伝情報とその発現（知識））

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転写と翻訳のしくみ（高校生物遺伝情報とその発現（知識））

説明

2 本鎖 DNA 全体の塩基組成と、一方の鎖（1 本鎖）だけの塩基組成がわかれば、もう一方の鎖の塩基の割合を求められます。さらに、どちらかの鎖を鋳型として転写された RNA の A・U・G・C の割合や数も求められます。2 本鎖全体での規則（ $A = T$ 、 $G = C$ ）と、1 本ずつの鎖の間の対応、鋳型鎖と RNA の対応を正しく使い分けるのがこの技能です。

なぜそうしてよいのか

ここでは 2 本の鎖を鎖 I・鎖 II と呼び、両方とも同じ長さ（同じ塩基数）とします。前提で学んだ相補性から、鎖 I の A は必ず鎖 II の T と、鎖 I の G は鎖 II の C と向かい合っています。1 対 1 に向かい合うので、鎖 I の A の数と鎖 II の T の数は等しく、鎖の長さも同じなので割合も等しくなります。まとめると
$A_{II} = T_{I}, T_{II} = A_{I}, G_{II} = C_{I}, C_{II} = G_{I}$
（それぞれの鎖の中での割合）です。一方、1 本の鎖の中では A と T の割合が等しいとは限りません。

2 本鎖全体での割合は、2 本の鎖の割合の平均になります。2 本鎖全体の塩基数は 1 本鎖の 2 倍なので、たとえば A の割合は
$A_{全体} = \frac{A _{I} + A _{II}}{2}$
です。これを変形すると $A_{II} = 2 A_{全体} - A_{I}$ となり、全体と鎖 I の割合から鎖 II の割合が求められます。

転写では、鋳型鎖の塩基に相補的な塩基をもつ RNA ができます。ただし RNA には T がなく、鋳型の A に対しては U が入ります。したがって鋳型鎖を鎖 I とすると、RNA の割合は
$A_{RNA} = T_{I}, U_{RNA} = A_{I}, G_{RNA} = C_{I}, C_{RNA} = G_{I}$
です（RNA の長さが鋳型として使われた部分と同じ場合）。結果として、RNA の組成は鋳型でないほうの鎖（鎖 II）の組成の T を U に置きかえたものと同じになります。

手順

2 本鎖全体の組成から、 $A = T$ 、 $G = C$ を使って全体の 4 種類の割合をそろえる
一方の鎖（鎖 I）の 4 種類の割合をそろえる（足して 100 % になることを使う）
もう一方の鎖（鎖 II）の割合を、相補性 $A_{II} = T_{I}$ 、 $T_{II} = A_{I}$ 、 $G_{II} = C_{I}$ 、 $C_{II} = G_{I}$ 、または $X_{II} = 2 X_{全体} - X_{I}$ で求める
どちらの鎖が鋳型かを確かめ、RNA の割合を鋳型鎖の相補的な塩基の割合として求める： $A_{RNA} = T_{鋳型}$ 、 $U_{RNA} = A_{鋳型}$ 、 $G_{RNA} = C_{鋳型}$ 、 $C_{RNA} = G_{鋳型}$
数を問われたら、その鎖や RNA の塩基数に割合をかける

例題

ある 2 本鎖 DNA では、2 本鎖全体の塩基のうちアデニン（A）が 30 % を占めている。この DNA の一方の鎖を鎖 I とすると、鎖 I の塩基のうち A は 20 % である。鎖 I を鋳型として RNA が転写されたとき、この RNA の塩基のうちアデニン（A）の割合は何 % か求めよ。ただし、2 本の鎖は同じ長さで、RNA は鎖 I 全体を鋳型として 1 本転写され、その長さは鎖 I と等しいものとする。

例題の解答

手順 1：2 本鎖全体で $A = 30$ %。

手順 2：鎖 I では $A_{I} = 20$ %。

手順 3：全体の A の割合は 2 本の鎖の平均なので
$A_{II} = 2 \times 30 - 20 = 40 %$
相補性より $T_{I} = A_{II} = 40$ %。

手順 4：鋳型は鎖 I。RNA の A は鋳型の T と対をつくるので
$A_{RNA} = T_{I} = 40 %$

よって、RNA のアデニンの割合は 40 %。

答え: $40$

よくある誤り

1 本の鎖の中でも $A = T$ 、 $G = C$ が成り立つとしてしまう誤り。正しくは、等しいのは 2 本鎖全体での割合と、向かい合う鎖どうしの対応（ $A_{II} = T_{I}$ など）で、鎖 I の中では $A_{I} = 20$ % でも $T_{I} = 40$ % のように異なることがある
RNA の A の割合を鋳型鎖の A の割合と同じにしてしまう誤り。正しくは、RNA の塩基は鋳型鎖と相補的なので $A_{RNA} = T_{鋳型}$ 、 $U_{RNA} = A_{鋳型}$ 。例題では $20$ % ではなく $40$ %
もう一方の鎖の割合を $A_{II} = A_{全体} - A_{I}$ （例： $30 - 20 = 10$ %）と引き算だけで求めてしまう誤り。正しくは、全体の割合は 2 本の鎖の平均なので $A_{II} = 2 A_{全体} - A_{I} = 2 \times 30 - 20 = 40$ %
RNA に T があるとして答えてしまう誤り。正しくは、RNA では T の代わりに U が使われ、鋳型の A と対をつくるのは U

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

難易度 1（教科書の例題レベル）
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。

1 本鎖の塩基組成と転写された RNA の組成

前提

説明

なぜそうしてよいのか

手順

例題

よくある誤り

入口の問題

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