半保存的複製、DNA ポリメラーゼが 方向にだけ伸長すること、リーディング鎖とラギング鎖、岡崎フラグメントと DNA リガーゼのはたらきについて、正しい記述を選び、標識チミジンの実験結果を説明できる
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右端（太枠）がこの技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
細胞が分裂する前には、DNA が正確に複製されて 2 倍になります。この技能では、複製が「元の鎖を 1 本ずつ鋳型として残す」半保存的なしくみで進むこと、新しい鎖を伸ばす酵素（DNA ポリメラーゼ）が 方向にしか鎖を伸ばせないこと、そのために連続して合成される鎖（リーディング鎖）と断片的に合成される鎖（ラギング鎖）ができることを学びます。複製のしくみについて正しい記述を選んだり、標識した材料を使った実験の結果を説明したりするときに使います。
半保存的複製: 複製が始まると、2 本鎖 DNA の塩基どうしの水素結合が切れて、2 本の鎖がほどけます。ほどけたそれぞれの鎖を鋳型として、相補的な塩基（A に T、G に C）をもつヌクレオチドが並べられ、つながって新しい鎖ができます。こうしてできた 2 分子の DNA は、どちらも「元の鎖 1 本 ＋ 新しい鎖 1 本」からなります。元の鎖が半分ずつ受け継がれるので、半保存的複製といいます。
方向だけの伸長: 新しい鎖をつなげていく酵素は DNA ポリメラーゼです。DNA ポリメラーゼは、伸びている鎖の 3′ 末端に次のヌクレオチドをつなげることしかできないので、新しい鎖は必ず 方向に伸びます。また、何もないところからは合成を始められず、プライマーと呼ばれる短い鎖を起点にして伸ばします。鋳型の 2 本の鎖は互いに逆向きに並んでいるので、2 本鎖がほどけていく方向に向かって新しい鎖を連続して 方向に伸ばせるのは片方だけです。こちらをリーディング鎖といいます。もう一方の鋳型では、ほどけていく方向と逆向きにしか伸ばせないため、ほどけるたびに短い断片を少しずつ合成します。この短い断片を岡崎フラグメント、こうしてできる鎖をラギング鎖といい、断片どうしは DNA リガーゼという酵素によってつながれて 1 本の鎖になります。
標識チミジンの実験: チミジンはチミン（T）をもつ DNA の材料で、RNA には取り込まれません。放射性物質で標識したチミジンを含む培地で細胞に 1 回だけ DNA を複製させると、半保存的複製により、できた DNA はすべて「標識されていない元の鎖 ＋ 標識された新しい鎖」になります。その後、標識のない培地でもう 1 回複製させると、標識された鎖を鋳型にした DNA（片方の鎖が標識）と、標識されていない鎖を鋳型にした DNA（標識なし）が 1:1 でできます。このように、結果は半保存的複製から筋道立てて説明できます。
記述が「複製のしかた（半保存的か）」「伸長の向き」「リーディング鎖・ラギング鎖」「はたらく酵素」のどれについてのものかを確かめる
伸長の向きは、DNA ポリメラーゼが 3′ 末端にヌクレオチドをつなぐので新しい鎖は 方向、と照らし合わせる
連続か不連続かは、ほどけていく方向に向かって連続合成されるのがリーディング鎖、逆向きに短い断片（岡崎フラグメント）として合成されるのがラギング鎖、と照らし合わせる
酵素は、ヌクレオチドをつないで鎖を伸ばすのが DNA ポリメラーゼ、断片どうしをつなぐのが DNA リガーゼ、と区別する
標識実験は、1 回の複製ごとに「各 DNA は元の鎖 1 本 ＋ 新しい鎖 1 本」になることを使って、標識された鎖を世代ごとに追う
DNA の複製に関する記述として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア DNA ポリメラーゼは、新しい鎖を 方向に伸長させる。
イ ラギング鎖では、短い DNA の断片（岡崎フラグメント）が合成され、それらが DNA リガーゼによってつながれる。
ウ 複製によってできた 2 分子の DNA のうち、一方は元の 2 本の鎖からなり、もう一方は新しく合成された 2 本の鎖からなる。
エ リーディング鎖は、2 本鎖がほどけていく方向と逆向きに、短い断片として不連続に合成される。
手順 1: アは伸長の向き、イとエはリーディング鎖・ラギング鎖と酵素、ウは複製のしかたについての記述である。
手順 2: アは誤り。DNA ポリメラーゼは鎖の 3′ 末端にヌクレオチドをつなぐので、新しい鎖は 方向に伸びる。
手順 3: エは誤り。説明されているのはラギング鎖の合成のしかたで、リーディング鎖はほどけていく方向に向かって連続的に合成される。
手順 4: イは正しい。岡崎フラグメントどうしをつなぐのは DNA リガーゼである。
手順 5（複製のしかた）: ウは誤り。半保存的複製なので、2 分子とも「元の鎖 1 本 ＋ 新しい鎖 1 本」からなる。
よって正しいのはイ。
答え: イ
新しい鎖が 方向に伸びる、またはラギング鎖だけ 方向に伸びるとしてしまう誤り。DNA ポリメラーゼは 3′ 末端にしかヌクレオチドをつなげないので、どちらの鎖も新しい鎖は 方向に伸びる。ラギング鎖が不連続になるのは、伸びる向きがほどける方向と逆だから
リーディング鎖とラギング鎖を取り違える誤り。ほどけていく方向に向かって連続して合成されるのがリーディング鎖、逆向きに岡崎フラグメントとして不連続に合成されるのがラギング鎖
岡崎フラグメントをつなぐ酵素を DNA ポリメラーゼとしてしまう誤り。ヌクレオチドを並べて鎖を伸ばすのが DNA ポリメラーゼで、断片どうしをつなぐのは DNA リガーゼ
標識チミジンの培地で 1 回複製したあと標識のない培地でもう 1 回複製すると、すべての DNA が標識されると考える誤り。半保存的複製なので、2 回目の複製後は「片方の鎖が標識された DNA」と「標識のない DNA」が になる
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。
大腸菌の DNA 複製のしくみを調べるために、次の実験 1〜3 を行った。チミジンは DNA の材料としてだけ取りこまれるものとする。どの実験でも、取り出した DNA は加熱して 1 本鎖にほどいてから長さで分け、短い鎖（約 1000〜2000 ヌクレオチド）と長い鎖のそれぞれに含まれる放射能の量を調べた。
結果は次の表のようになった。どの実験でも、DNA に取りこまれた放射能の総量はほぼ同じであった。
| 実験 | 菌株 | 短い鎖の放射能 | 長い鎖の放射能 |
|---|---|---|---|
| 1 | 野生型 | 多い | 少ない |
| 2 | 野生型 | ほとんどない | 多い |
| 3 | 変異株（高温） | 多い | 少ない |
実験 1〜3 の結果と DNA の複製のしくみについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。
大腸菌の DNA 複製のしくみを調べるため、次の実験を行った。
【実験】 増殖中の大腸菌に、放射性同位体で標識したチミジン（DNA の材料となるヌクレオシド）を 10 秒間だけ与えた。その直後に、一部の菌から DNA を抽出した（試料 1）。残りの菌には、標識していないチミジンを大量に加えてさらに 5 分間培養し、DNA を抽出した（試料 2）。抽出した DNA は加熱して 1 本鎖にほどき、放射能をもつ（標識チミジンを取り込んだ）1 本鎖がどのくらいの長さかを調べた。同じ操作を、ある 1 種類の酵素の遺伝子に変異があってその酵素がはたらかない変異株 X でも行った。結果を次の表に示す。
| 菌 | 試料 1（標識直後） | 試料 2（5 分間培養後） |
|---|---|---|
| 野生型 | 放射能のおよそ半分が約 1000〜2000 ヌクレオチドの短い 1 本鎖に、残りが非常に長い 1 本鎖にあった | 放射能のほとんどが非常に長い 1 本鎖にあった |
| 変異株 X | 野生型と同様、放射能のおよそ半分が短い 1 本鎖に、残りが非常に長い 1 本鎖にあった | 放射能のおよそ半分が短い 1 本鎖にあるままだった |
この実験の結果と、DNA の複製のしくみについての知識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。