次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、下のア〜エから 1 つ選べ。
核酸の構成単位であるヌクレオチドは、糖・リン酸・塩基が結合したものである。DNA を構成するヌクレオチドの糖は（ a ）である。また、DNA に含まれる 4 種類の塩基のうち、チミンは RNA には含まれず、RNA ではその代わりに（ b ）が含まれる。
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | リボース | アデニン |
| イ | リボース | ウラシル |
| ウ | デオキシリボース | ウラシル |
| エ | デオキシリボース | シトシン |
核酸（DNA・RNA）の構成と構造
ヌクレオチドが糖・リン酸・塩基からなること、DNA と RNA の糖・塩基の違い、DNA の二重らせん構造と水素結合による塩基の相補性についての文の正誤を判定できる
前提
- 高分子化合物の特徴と重合の種類 （高校化学 高分子化合物（知識））
- 遺伝の規則性と進化 （中学理科 生物分野の用語と知識）
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説明
核酸は、遺伝情報の保存や伝達にかかわる高分子化合物で、DNA（デオキシリボ核酸）と RNA（リボ核酸）の 2 種類があります。この技能では、核酸の単量体であるヌクレオチドが糖・リン酸・塩基からなること、DNA と RNA で糖と塩基がどう違うか、DNA の二重らせん構造と、水素結合によって決まる塩基の組み合わせ（相補性）についての文が正しいかどうかを判定できるようにします。
なぜそうしてよいのか
核酸の単量体はヌクレオチドです。ヌクレオチドは、炭素原子を 5 個もつ糖（五炭糖）に、リン酸と、窒素を含む環状の塩基が結びついたものです。ヌクレオチドどうしは、一方の糖の と他方のリン酸の の間で水がとれてエステル結合をつくりながら次々につながり、長い鎖（ポリヌクレオチド）になります。水がとれながらつながるので、これは縮合重合です。鎖の骨格は「糖－リン酸－糖－リン酸…」のくり返しで、塩基は各糖から横に突き出した形になっています。
DNA と RNA の違いは、糖と塩基にあります。糖は、DNA ではデオキシリボース 、RNA ではリボース です。デオキシリボースはリボースから酸素原子 1 個が少ない（「デオキシ」は酸素が除かれたという意味）糖です。塩基は、DNA がアデニン（A）・グアニン（G）・シトシン（C）・チミン（T）の 4 種類、RNA がアデニン（A）・グアニン（G）・シトシン（C）・ウラシル（U）の 4 種類で、DNA のチミンの代わりに RNA ではウラシルが使われます。
DNA は、2 本のポリヌクレオチド鎖が、内側に突き出した塩基どうしで向かい合い、全体としてらせん状にねじれた二重らせん構造をとります。向かい合う塩基は水素結合で結びついていますが、その組み合わせは決まっていて、A は必ず T と（水素結合 2 本）、G は必ず C と（水素結合 3 本）対になります。これを塩基の相補性といいます。形と水素結合をつくる位置がぴったり合う組み合わせだけが対をつくれるためです。この結果、二本鎖の DNA では A と T の数が等しく、G と C の数が等しくなり、一方の鎖の塩基の並び順が決まると、もう一方の鎖の並び順も決まります。なお、RNA はふつう 1 本鎖で存在します。
手順
ヌクレオチドの文なら、「五炭糖＋リン酸＋塩基」からなり、糖とリン酸がエステル結合でつながって鎖の骨格をつくる（縮合重合）ことに照らす
糖の文なら、DNA はデオキシリボース 、RNA はリボース であることに照らす
塩基の文なら、DNA は A・G・C・T、RNA は A・G・C・U であり、T と U の違いを確認する
構造の文なら、DNA は 2 本鎖の二重らせん、RNA はふつう 1 本鎖であることと、DNA の塩基対は A－T（水素結合 2 本）、G－C（水素結合 3 本）であることに照らす。二本鎖 DNA では A と T、G と C の数がそれぞれ等しい
例題
核酸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 を構成する糖はリボースで、RNA を構成する糖はデオキシリボースである。
イ RNA を構成する塩基には、チミンが含まれ、ウラシルは含まれない。
ウ DNA の二重らせん構造では、アデニンはチミンと、グアニンはシトシンと水素結合によって対をつくる。
エ ヌクレオチドは、糖とアミノ酸と塩基が結びついたものである。
例題の解答
エ（手順 1）：ヌクレオチドは五炭糖・リン酸・塩基からなる。アミノ酸は含まれない。誤り。
ア（手順 2）：DNA の糖はデオキシリボース、RNA の糖はリボースであり、逆になっている。誤り。
イ（手順 3）：RNA の塩基は A・G・C・U で、ウラシルを含みチミンを含まない。チミンを含むのは DNA である。誤り。
ウ（手順 4）：DNA の塩基対は A－T、G－C で、水素結合によって結びつく。正しい。
よって正しいものはウである。
答え: ウ
よくある誤り
DNA の糖をリボース、RNA の糖をデオキシリボースと逆にしてしまう誤り。正しくは、DNA（デオキシリボ核酸）の糖はデオキシリボース 、RNA（リボ核酸）の糖はリボース で、名前と対応している。
RNA にもチミンが含まれる、あるいは DNA にウラシルが含まれる、としてしまう誤り。正しくは、DNA の塩基は A・G・C・T、RNA の塩基は A・G・C・U である。
塩基対を A－G や A－C のように組み合わせてしまう誤り。正しくは、A－T（水素結合 2 本）と G－C（水素結合 3 本）の組み合わせだけが対をつくるので、二本鎖 DNA では（A の数）＝（T の数）、（G の数）＝（C の数）となる。
2 本の鎖どうしが共有結合で結びついている、としてしまう誤り。正しくは、それぞれの鎖の中は糖とリン酸のエステル結合（共有結合）でつながっているが、2 本の鎖の間は塩基どうしの水素結合で結びついている。
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。
入口の問題
この技能を使う問題
核酸（DNA・RNA）の構成と構造に関する記述として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。
- ア DNA を構成する糖はデオキシリボースであり、RNA を構成する糖はリボースである。
- イ 核酸は、ヌクレオチドの糖の部分のヒドロキシ基と、別のヌクレオチドのリン酸の部分との間でエステル結合が繰り返しできて、鎖状につながった高分子である。
- ウ RNA を構成する塩基は、アデニン・グアニン・シトシン・ウラシルの 4 種類である。
- エ DNA の二重らせん構造では、2 本の鎖の向かい合う塩基どうしがイオン結合によって結びついている。
- オ RNA は、ふつう 1 本のヌクレオチド鎖からなる。
核酸の一種である DNA は、糖・リン酸・塩基からなるヌクレオチドが多数つながった 2 本の鎖が、塩基の部分で向かい合って二重らせん構造をつくっている。向かい合う塩基は、アデニンとチミン、グアニンとシトシンのように組み合わせが決まっており、それぞれ水素結合で対をつくる。そのため、一方の鎖の塩基の並び順が決まると、もう一方の鎖の塩基の並び順も 1 通りに決まる。DNA が複製されるときや、DNA の塩基配列をもとに RNA が合成されるときにも、この性質が利用される。
DNA の 2 本の鎖で向かい合う塩基が、決まった組み合わせの相手とだけ対をつくる性質を何というか。「〇〇性」の形の、性質を表す用語で答えよ。
この技能の次に学べること
- DNA の構造と相補性 （高校生物 遺伝情報とその発現（知識））