遺伝情報とその発現（知識）

DNA の構造について述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　DNA を構成するヌクレオチドは、リン酸・リボース・塩基からなる。
• イ　2 本鎖 DNA では、アデニン（A）はグアニン（G）と、チミン（T）はシトシン（C）と対をつくる。
• ウ　一方の鎖の塩基配列が $5^{\prime }\text{-ATGC-}{3}^{\prime }$ のとき、これと対をつくる鎖の塩基配列を 5′ 側から書くと $5^{\prime }\text{-GCAT-}{3}^{\prime }$ となる。
• エ　2 本鎖 DNA の 2 本の鎖は、$5^{\prime }$ 末端から $3^{\prime }$ 末端への向きが同じ向きになるように並んでいる。
• オ　2 本鎖 DNA では、アデニン（A）の数とグアニン（G）の数が必ず等しい。

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〜エのうちから 1 つ選べ。

DNA の複製では、もとの 2 本鎖がほどけ、それぞれの鎖を鋳型として新しい鎖がつくられる。新しい鎖を伸長させる DNA ポリメラーゼは、ヌクレオチド鎖を（ a ）の方向にだけ伸長させることができる。そのため、2 本の新しい鎖のうち一方（ラギング鎖）は、ほどける向きとは逆向きに短い断片（岡崎フラグメント）として少しずつ合成され、これらの断片は（ b ）という酵素によってつながれて 1 本の鎖になる。

真核生物の転写と翻訳について述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　転写では、鋳型となる DNA の鎖の塩基 A に対して、RNA の塩基 T が相補的に結合して取り込まれる。
• イ　tRNA は、mRNA のコドンと相補的な塩基配列であるアンチコドンをもち、特定のアミノ酸をリボソームへ運ぶ。
• ウ　RNA ポリメラーゼは、RNA の鎖を $3^{\prime }\to 5^{\prime }$ の方向に伸長させる。
• エ　スプライシングでは、転写された RNA からエキソンの部分が取り除かれ、残ったイントロンの部分どうしがつながる。
• オ　真核生物では、mRNA の翻訳は核の中で行われる。

大腸菌（原核生物）の遺伝子発現について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　DNA は核の中で転写され、できた mRNA は核膜孔を通って細胞質へ移動してから翻訳される。
• イ　大腸菌はリボソームをもたないため、mRNA の情報をもとにしたアミノ酸の結合は細胞膜の上で行われる。
• ウ　転写の途中の mRNA にリボソームが結合して翻訳が始まり、転写と翻訳が同時に進む。
• エ　転写された RNA から、スプライシングによってイントロンが取り除かれたあとで翻訳が行われる。

ある遺伝子の DNA の翻訳される領域の途中で、塩基が 1 個だけ欠失する突然変異が起こった。その結果、mRNA は開始コドンから 3 塩基ずつ区切って読まれるため、欠失した位置より後ろではコドンの区切り方（読み枠）が 1 塩基ずつずれ、それ以降のアミノ酸配列が大きく変化した。

このように、塩基の欠失や挿入によって読み枠がずれることを何というか。カタカナで答えよ。

PCR 法で増幅した 3 種類の DNA 断片 X・Y・Z を、それぞれアガロースゲルの別々の穴（ウェル）に入れ、同じ条件で同時に電気泳動を行った。DNA 断片 X・Y・Z はそれぞれ 1 種類の長さの断片だけからなる。一定時間後、ウェルから各バンドまでの距離を測ると、次の表のようになった。

この結果からわかる DNA 断片の長さ（塩基対数）の関係として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　長いほうから順に、Y・Z・X である。
• イ　長いほうから順に、X・Z・Y である。
• ウ　長いほうから順に、Z・Y・X である。
• エ　X・Y・Z の長さはすべて等しい。

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〜エのうちから 1 つ選べ。

大腸菌のラクトースオペロンでは、培地にラクトースがないとき、調節遺伝子からつくられる（ a ）が DNA 上の（ b ）に結合しているため、RNA ポリメラーゼがラクトースの分解にかかわる酵素の遺伝子を転写できない。培地にグルコースがなくラクトースがあるときは、ラクトースからできる物質が（ a ）に結合し、（ a ）は（ b ）に結合できなくなるので、これらの遺伝子の転写が起こる。

大腸菌に目的の遺伝子を導入する遺伝子組換えの実験では、まず目的の遺伝子を含む DNA と、ベクターとして用いるプラスミドを、同じ酵素で処理して切断する。この酵素は、DNA の特定の塩基配列を認識し、その部分で DNA を切断するはたらきをもつ。切断された DNA 断片どうしは、その後 DNA リガーゼによってつながれる。

このように、DNA の特定の塩基配列を認識して、その部分で DNA を切断する酵素を何というか。

ある動物の細胞で、遺伝子 X からつくられるタンパク質 X が、生きた細胞の中のどこに存在するかを調べたい。そこで、遺伝子 X に GFP（緑色蛍光タンパク質）の遺伝子をつなげた DNA をつくって細胞に導入し、タンパク質 X と GFP がつながったタンパク質を細胞内でつくらせた。

この実験で GFP を用いる理由として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　GFP は DNA の特定の塩基配列を切断する酵素であり、細胞内の遺伝子 X を切断して、そのはたらきを失わせることができるから。
• イ　GFP は遺伝子 X の mRNA に結合してその翻訳をおさえるので、タンパク質 X がつくられなくなったときの細胞の変化を調べられるから。
• ウ　GFP は細胞内のすべてのタンパク質と結合して緑色に染めるので、細胞の中のタンパク質の総量を調べることができるから。
• エ　GFP は光を当てると緑色の蛍光を発するので、タンパク質 X とつながった GFP の蛍光を観察すれば、生きた細胞内でのタンパク質 X の位置がわかるから。

ヒトの遺伝子・ゲノム・染色体の関係について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　ヒトの体細胞には、ゲノムが 1 組だけ含まれている。
• イ　ヒトの DNA はヒストンというタンパク質に巻きつき、さらに折りたたまれて染色体を構成している。
• ウ　ヒトのゲノムの DNA のほとんどの部分は、タンパク質のアミノ酸配列に翻訳される領域である。
• エ　同じ人の体細胞であっても、皮膚の細胞と肝臓の細胞とでは、もっているゲノムが異なる。
• オ　ヒトの 1 本の染色体には、遺伝子が 1 つだけ含まれている。

4 種類の生物（またはウイルス）から、遺伝情報を担う核酸をそれぞれ取り出した（試料 1〜4）。各試料は、2 本鎖 DNA、1 本鎖 DNA、1 本鎖 RNA のいずれか 1 種類だけからなる。それぞれの試料に含まれる塩基の数の割合（%）を調べたところ、次の表のようになった。

（A：アデニン、G：グアニン、C：シトシン、T：チミン、U：ウラシル）

この結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　試料 2 は、A と T の割合が等しくないので、1 本鎖 RNA であると考えられる。
• イ　試料 4 は、T を含まないので、1 本鎖 DNA であると考えられる。
• ウ　試料 1 と試料 3 はいずれも 2 本鎖 DNA であると考えられ、G と C の割合の和は試料 3 のほうが大きい。
• エ　試料 1 と試料 3 はいずれも 2 本鎖 DNA であると考えられ、A と T の割合の和は試料 3 のほうが大きい。

大腸菌（原核生物）の細胞で行われる遺伝子の発現について述べた文として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。

• ア　転写と翻訳は、どちらも細胞質基質で行われ、転写が終わる前の mRNA にリボソームが結合して翻訳が始まることがある。
• イ　転写は核の中で行われ、合成された mRNA は核膜孔を通って細胞質へ移動してから翻訳される。
• ウ　転写によってできた mRNA 前駆体から、スプライシングによってイントロンが取り除かれ、mRNA ができる。
• エ　翻訳では、tRNA がアミノ酸をリボソームへ運び、tRNA のアンチコドンが mRNA のコドンと相補的に結合する。
• オ　転写では、RNA ポリメラーゼが DNA の 2 本のヌクレオチド鎖の両方を鋳型として、それぞれに相補的な RNA を合成する。

DNA の構造と、遺伝子・ゲノム・染色体の関係について述べた文として正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。

• ア　DNA を構成するヌクレオチドは、リン酸と糖（デオキシリボース）と塩基が結合したものである。
• イ　DNA の二重らせん構造では、2 本のヌクレオチド鎖の塩基どうしが、A と C、G と T という組み合わせで相補的に対をなしている。
• ウ　真核生物の核内の染色体では、DNA がヒストンというタンパク質に巻きついている。
• エ　ヒトの体細胞の核には、ゲノムが 1 組だけ含まれている。
• オ　ヒトのゲノムを構成する DNA の塩基配列のうち、タンパク質のアミノ酸配列を指定している部分は、全体のごく一部にすぎない。
• カ　DNA のヌクレオチド鎖は、隣り合うヌクレオチドの塩基どうしが結合することで、鎖状につながっている。

遺伝子の発現（転写と翻訳）のしくみには、原核生物と真核生物で共通する点と異なる点がある。遺伝子の発現について述べた次の文のうち、大腸菌（原核生物）の細胞とヒト（真核生物）の細胞のどちらにもあてはまるものを、次のア〜カからすべて選べ。

• ア　転写は核の中で行われ、合成された mRNA は核膜孔を通って細胞質へ移動する。
• イ　RNA ポリメラーゼは、DNA の 2 本鎖のうち一方の鎖を鋳型とし、その塩基に相補的な塩基をもつヌクレオチドをつなげて RNA を合成する。
• ウ　転写された RNA から、イントロンに相当する部分が取り除かれ、エキソンに相当する部分どうしがつなぎ合わされる。
• エ　リボソーム上で、mRNA のコドンに tRNA のアンチコドンが相補的に結合し、tRNA が運んできたアミノ酸どうしがペプチド結合で連結される。
• オ　RNA ポリメラーゼは、合成中の RNA の $3^{\prime }$ 末端に新しいヌクレオチドをつなげていき、RNA を $5^{\prime }\to 3^{\prime }$ の方向に伸ばす。
• カ　同じ遺伝子から転写された RNA でも、取り除かれる部分の違いによって、複数種類の mRNA がつくられることがある。

次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜カから 1 つ選べ。

DNA は、多数のヌクレオチドが結合してできた 2 本のヌクレオチド鎖からなる。それぞれの鎖には方向性があり、一方の端を 5' 末端、もう一方の端を 3' 末端という。2 本の鎖は、向かい合う塩基どうしが相補的に対をつくって結びつき、二重らせん構造をとっている。いま、ある DNA の一方の鎖の一部の塩基配列が 5'-AGCTTG-3' であるとき、この部分と対をつくっているもう一方の鎖の塩基配列を 5' 末端側から順に書くと、（ a ）となる。

また、ある生物が自らを形成・維持するのに必要な最小限の遺伝情報のひとそろいをゲノムという。ヒトの体細胞（$2n=46$）1 個の核には、（ b ）組のゲノムに相当する DNA が含まれている。

真核生物の遺伝子の発現について述べた次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜カから 1 つ選べ。

真核生物では、RNA ポリメラーゼが基本転写因子とともに DNA 上の（a）とよばれる領域に結合し、DNA の 2 本の鎖のうち一方を鋳型として RNA を合成する。合成された RNA からはイントロンに相当する部分が取り除かれ、エキソンに相当する部分どうしがつながって mRNA ができる。この過程は（b）で行われる。こうしてできた mRNA にリボソームが結合し、tRNA によって運ばれたアミノ酸がつながれてタンパク質が合成される。

• ア　a：プロモーター、b：細胞質基質
• イ　a：オペレーター、b：核内
• ウ　a：開始コドン、b：細胞質基質
• エ　a：プロモーター、b：核内
• オ　a：オペレーター、b：細胞質基質
• カ　a：開始コドン、b：核内

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。

• 実験 1：野生型の大腸菌に、放射性同位体で標識したチミジンを 10 秒間だけ与えた直後に DNA を取り出した。
• 実験 2：野生型の大腸菌に、実験 1 と同じように標識したチミジンを 10 秒間与えたあと、標識していない（放射性でない）チミジンを多量に含む培地に移して 5 分間培養し、DNA を取り出した。
• 実験 3：ある 1 種類の酵素の遺伝子に変異があり、高温ではその酵素だけがはたらかなくなる変異株を用いた。この変異株を高温で培養しながら、実験 2 と同じ操作を行った。

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 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。

• ア　実験 1 で短い鎖として検出された新生鎖は、実験 2 の 5 分間のうちに分解され、長い鎖はそのあいだに新しく別に合成されたものである。
• イ　短い新生鎖どうしをつなぐには DNA リガーゼのはたらきが必要であり、DNA リガーゼがはたらかないと、新生鎖の一部は短い断片のまま残る。
• ウ　短い新生鎖は、DNA ポリメラーゼが新生鎖を 3′ 末端から 5′ 末端の方向へ伸ばすことでつくられる。
• エ　実験 3 の変異株では、高温で DNA ポリメラーゼがはたらかなくなるため、新しい DNA 鎖が合成されない。
• オ　短い新生鎖は、複製フォークが進む方向と同じ向きに連続して合成される鎖（リーディング鎖）でつくられる。

アンピシリン耐性遺伝子をもつプラスミドに、オワンクラゲの緑色蛍光タンパク質（GFP）の遺伝子を組み込み、組換えプラスミド Q をつくった。GFP 遺伝子は、アンピシリン耐性遺伝子とは別の位置に、大腸菌の中で発現できるように組み込まれている。用いた大腸菌は、アンピシリン耐性をもたず、GFP の遺伝子ももたない。

この大腸菌を次の 2 通りに処理した。

• 処理 1：大腸菌を Q と混ぜ、プラスミドを取り込みやすくする操作を行った。
• 処理 2：大腸菌を Q と混ぜずに、処理 1 と同じ操作を行った。

それぞれの大腸菌の液を、アンピシリンを含まない培地 A と、アンピシリンを含む培地 B に同じ量ずつまいて培養した。その後、生じたコロニーの数を数え、紫外線を当てて緑色の蛍光を発するかどうかを調べた。結果は次の表のとおりであった。

この実験の結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　処理 1 の培地 B にコロニーが生じたのは、アンピシリンにさらされたことで、大腸菌の DNA にアンピシリン耐性遺伝子が新たに生じたからである。
• イ　処理 1 の培地 A で蛍光を発しないコロニーが多かったのは、Q を取り込んだ大腸菌の多くで GFP 遺伝子が転写されなかったからである。
• ウ　処理 2 の培地 A にコロニーが生じたことから、用いた大腸菌はもともとアンピシリン耐性をもっていたと考えられる。
• エ　Q を取り込んだ大腸菌は全体のごく一部であり、アンピシリンを含む培地を用いると、Q を取り込んだ大腸菌を選び出すことができる。
• オ　処理 1 の培地 A で蛍光を発したコロニーの大腸菌は、Q をもたず、自分の DNA に GFP 遺伝子をもっていたと考えられる。

ある細菌は、酵素 X をつくる遺伝子 $x$ をもつ。野生型の遺伝子 $x$ からは、$300$ 個のアミノ酸からなるポリペプチドがつくられる。このポリペプチドが酵素 X としてはたらく。

この細菌から、遺伝子 $x$ に突然変異をもつ変異体 A〜E を得た。どの変異体でも、突然変異は次の条件を満たしていた。

• 遺伝子 $x$ の翻訳される領域（開始コドンから、最後のアミノ酸を指定するコドンまで）のどこか 1 か所に起こっている。
• その内容は、1 塩基の置換、1 塩基の欠失、1 塩基の挿入のいずれか 1 つである。

なお、この遺伝子にイントロンはない。各変異体がつくるポリペプチドを調べた結果を次の表に示す。

この結果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。

• ア　変異体 A では、1 塩基の欠失によって、$85$ 番目のアミノ酸を指定するコドンが別のアミノ酸を指定するコドンに変わったと考えられる。
• イ　変異体 B と変異体 D の結果から、ポリペプチドのアミノ酸の数が変わらない突然変異は、酵素の活性に影響しないと考えられる。
• ウ　変異体 C では、$120$ 番目のアミノ酸を指定するコドンが、塩基の置換によって終止コドンに変わったと考えられる。
• エ　変異体 D では、塩基配列が変化してもアミノ酸配列が変わらなかった。これは、1 種類のアミノ酸を複数のコドンが指定する場合があるためと考えられる。
• オ　変異体 E では、1 塩基の置換によって、$41$ 番目のアミノ酸を指定するコドンより後ろの読み枠（3 塩基ずつの区切り）がずれたと考えられる。

遺伝子の DNA の塩基配列に生じる突然変異について述べた次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜カのうちから 1 つ選べ。

ある遺伝子の翻訳される領域の途中（開始コドンと終止コドンの間）に突然変異が生じたとする。　a　が生じた場合には、その位置より後ろのコドンの読み枠がずれるため、それ以降のアミノ酸配列が大きく変わったり、途中に終止コドンが現れてポリペプチドが短くなったりすることが多い。一方、　b　が生じた場合には、指定されるアミノ酸配列がまったく変化しないことがある。これは、1 種類のアミノ酸を指定するコドンが複数ある場合があるためである。

遺伝子の発現調節と細胞の分化について述べた文として正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。

• ア　真核生物では、RNA ポリメラーゼは基本転写因子とともにプロモーターに結合して、転写を開始する。
• イ　真核生物の転写調節領域は、つねにプロモーターのすぐ隣にあり、プロモーターから遠く離れた位置にあることはない。
• ウ　大腸菌のラクトースオペロンでは、ラクトースがないとき、調節遺伝子からつくられたリプレッサーがオペレーターに結合し、ラクトースの分解に関わる酵素の遺伝子の転写が起こらなくなる。
• エ　大腸菌のトリプトファンオペロンでは、トリプトファンが十分にあるとき、リプレッサーがオペレーターに結合できなくなり、トリプトファン合成に関わる酵素の遺伝子の転写が進む。
• オ　多細胞生物の体細胞は、分化したあとも基本的に同じ遺伝情報をもっており、細胞ごとに発現する遺伝子の組み合わせが異なることによって分化が起こる。
• カ　ショウジョウバエの幼虫のだ腺染色体に見られるパフでは、DNA の複製がさかんに行われている。

ヒトのインスリンを大腸菌につくらせたい。ヒトの細胞の核から取り出した DNA のうち、インスリン遺伝子の領域をそのままプラスミドに組み込んで大腸菌に導入しても、正しいアミノ酸配列をもつインスリンはつくられない。

そこで、インスリンをさかんに合成しているヒトのすい臓の細胞から mRNA を抽出し、これを鋳型として逆転写酵素を用いて DNA を合成する。さらにこの DNA を 2 本鎖にしてプラスミドに組み込み、大腸菌に導入すると、正しいアミノ酸配列をもつインスリンがつくられる。

このように、mRNA を鋳型として逆転写酵素によって合成される DNA を何というか。

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。

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。

• ア　短い 1 本鎖は、DNA ポリメラーゼが新生鎖を 3′ 末端から 5′ 末端の方向へ伸長させるために生じ、変異株 X では断片どうしを連結する酵素がはたらいていない。
• イ　短い 1 本鎖は、いったん合成された長い新生鎖が切断されて生じたもので、変異株 X では断片どうしを連結する酵素がはたらいていない。
• ウ　短い 1 本鎖は、2 本の新生鎖のうち一方だけで不連続に合成されて生じ、変異株 X では断片どうしを連結する酵素がはたらいていない。
• エ　短い 1 本鎖は、2 本の新生鎖の両方で同じように不連続に合成されて生じ、変異株 X では断片どうしを連結する酵素がはたらいていない。
• オ　短い 1 本鎖は、2 本の新生鎖のうち一方だけで不連続に合成されて生じ、変異株 X では DNA ポリメラーゼがはたらいていない。