PCR法の問題で、問2が解説を読んでもわかりません。教えてください😣

生物

高校生

解決済み

3年弱前

PCR法の問題で、問2が解説を読んでもわかりません。教えてください😣

発展問題A-111 107>PCR 法に関する次の文章を読み, 下の問いに答えよ。バイオテクノロジーの研究を行う上では,ごくわずかな DNA を増幅させて,大量の DNA を得ることが必要である。PCR(ポリメラーゼ連鎖反応)法は,以下の過程によって短時間で同一の塩基配列を増幅できる方法である。 EE I 増幅させたい DNA を含む DNA 水溶液を94℃ 程度で加熱することにより,二本鎖 DNA を二本の一本鎖 DNA へ分離させる。 I 温度を55℃C 程度に下げ, Iの各々の一本鎖 DNA に相補的な短い一本鎖 DNA(プライマー)を結合させる。プライマーは DNA 合成で必ず必要になる合成起点である。 I 温度を72℃ 程度に上げ, DNA ポリメラーゼによって4種類のヌクレオチドから, それぞれの一本鎖 DNA を二本鎖にする。ださ SHdIA V I~Iを自動的に繰り返すことによって、プライマーに挟まれた範囲の DNA が増けしプライマー 0 熱処理による DNA鎖の解離プライマーの鋳型DNAへの結合 DNAポリメラーゼによるDNA合成 5 幅される。位養お本員発での問1 PCR 反応に利用するための DNA ポリメラーゼの性質として、最も重要なものを次のD~6から一つ選び, 番号で答えよ。「家時の増幅速度問2 ヒトゲノムの特定の遺伝子領域だけを PCR 法で増幅したい。用いるプライマーの塩基数として最も適切なものを次の①~④から一つ選び, 番号で答えよ。ただし、 DNA の塩基配列はランダムであると仮定し, ヒトゲノムは30億塩基対とする。また。 20= 10° と考えてよいものとする。の安全性 3切断効率の耐熱性の配列特性 15 2 10 3 15 4 20 問8このPCR法を10サイクル行うと, 目的の部分だけからなる DNA は理論上, 何組合成されるか。最も適切なものを次の①~⑤から一つ選び, 番号で答えよ。 ③ 492組 ④ ① 10組 256 組 1004 組 ⑤ 1024 組問4 PCR 法の応用として適切なものを, 次の①~⑤から一つ選び,番号で答えよ。 6個人識別 (06 帝京大改) の遺伝子治療 2細胞融合 3制限酵素処理の核移植

107 問10 問20 問30 問46 問194℃に加熱したときに失活する耐熱性の低い酵素では毎回加える必要が生じる。問2問題文よりヒトゲノムは30億塩基対なので,塩基数は 60億(6×10)である。DNA の O 各塩基(A, T, G, C)が現れる確率はそれぞれーなので, 5塩基のプライマー(選択肢①)の DAS OU0 5 場合は、 4 の確率でこのプライマーと相補的な塩基配列が現れることになる。すなわち, 5 1 G=()= =高の確率であるから, ヒトゲノムの60億(6×10)塩中では, 5 10° 塩基のプライマーは多くの箇所に結合してしまい,増幅したい領顔域以外も増幅してしまうこ 10 10 2 とになる。同様に, 10塩基のプライマー(選択肢②)の場合の確率は(-=()= ( 2? 210 2 15 1 15 =()= 15塩基のプライマー(選択肢③)の場合の確半は(-)= () =)= 10° 22 210 6* 10 3 1 gとなり, 増幅したい領域以外にもプライマーが結合してしまうことになる。しか Ort し,20塩基のプライマー(選択肢④)の場合では, の確率, すなわち(- = () ニ 10 10° 20 20 20 三 12 1 の確率で相補的な塩基配列が現れることになる。したがって, 4 1 ニ三 12 20 (10° 10" 増幅したい領域以外に, ヒトゲノムの60億(6× 10)塩基中に相補的な塩基配列が現れる可能性は低くなるので, 増幅したい領域のみを増幅することができる。問310 サイクル目のDNA量は2"倍となる。ただし, PCR 法では目的の部分だけからなる二本鎖 DNA が合成されるのは3サイクル目の反応からである。目的の二本鎖DNA は3サイクル目で2組合成され, 4サイクル目では8組, nサイクル目で(2"-2n)組合成されるので、 10 サイクル目では2"-2×10=1024-20=1004 組合成される。間4 PCR 法で増幅させた DNAを制限酵素で切断し電気泳動装置にかけることで、 DNA をいくつかのバンドとして見ることができる。このバンドのパターンで個人識別ができる。エクセル PCR法で目的の部分だけからなる DNA が合成されるのは3回目の反応以降である。解説

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けー

3年弱前

問２は確率の計算です。
塩基の種類はA,T,G,Cの４種類なので、例えば、ランダムに５文字並べて「GCTAC」となる確率は(1/4)^5=1/1024。（^5は5乗を表していると思って下さい）
つまり、A,T,G,Cをランダムに1024文字並べると、１回は「GCTAC」という配列が出来てしまうという計算です。

問題文でヒトゲノムが30億塩基"対"と言っているので、総文字数は2x3x10^9= 6x10^9文字。
５文字のプライマーだと、6x10^9 / 1024= 6x10^6
これだけ多くの場所に結合してしまうことになります。

特定の遺伝子領域だけを増幅するのであれば、１箇所だけに結合するプライマーをデザインする必要がありますので、
(6x10^9)/(4^N) < 1　つまり　4^N > 6x10^9
となるような値Nを求める必要があります。
選択肢３のN=15を左辺に代入すると、「2^10= 10^3と考えてよい」と言っていることと合わせて、
4^15= 2^30= 1x10^9
これだと、まだ右辺の6x10^9の方が大きい（６箇所に結合してしまう）ので、15文字のプライマーでは足りない事が分かります。

選択肢４のN=20を代入すると、
4^20= 2^40= 2^10 x 2^30= (10^3) x (10^9)
となり、右辺（6x10^9）よりも充分に大きくなります。ということは、20文字のプライマーはヒトゲノム中の１箇所にしか結合しないので、特定の遺伝子領域だけを増幅することができる、ということになります。