ZBERK1-Z2F5-01
第6問 次の文章 (A・B) を読み、 下の問い (問1~4) に答えよ。 (配点24)
A 1個の細胞内に存在するタンパク質は数百~数千種類におよび, 細胞の生命活動を担っている。
であり、(a) DNAの塩基配列がRNAの塩基配列に転写される。 そして, RNA のうち mRNA
これらのタンパク質は全て、 遺伝子の塩基配列情報をもとに合成される。 遺伝子の本体はDNA
細胞内に存在する多様なタンパク質のなかには, 多量に存在するものもあれば、少量のみ存在
の塩基配列がポリペプチドのアミノ酸配列に翻訳される。
するものもある。(細胞内におけるタンパク質の存在量を決める要因の一つは、翻訳速度であり、
もう一つの要因はタンパク質の分解速度である。 翻訳速度は (c) mRNA の存在量で決まり、
mRNA の存在量が多ければ速く、少なければ遅い。 またmRNAの存在量は, 合成速度(転写速
(b).
度)と分解速度によって決まる。
問1 下線部(a)に関する記述として下線を引いた部分に誤りを含むものを、次の①~⑤のうちか
ら一つ選べ。 21
⑩ DNA 上の特定の塩基配列を認識してRNAポリメラーゼが結合し、 一方の鎖を鋳型
して RNA を合成する。
② 真核細胞のRNAポリメラーゼがDNA に結合する際には、 基本転写因子とともには
らく必要がある。
③ 原核細胞のRNAポリメラーゼは,2本鎖DNAがほどけていない状態で, プロモータ
ーを認識して結合できる。
⑥ 真核細胞のRNAポリメラーゼは,2本鎖DNAがほどけていない状態で,プロモータ
を認識して結合できる。
⑤鋳型となる鎖が5'-ATGC-3′という塩基配列である場合,つくられる RNAの塩基
配列は5'-AUGC-3である。
ス培地とする)で増殖している大腸菌を考える。 ラクトースオペロンから発現する mRNA
問2 下線部(b) と (c) に関連して, ラクトースが存在せず, グルコースが存在する培地 ( グルコー
ースオペロン由来のmRNA (lac mRNA とする) は存在しないと考えられる。 また、このオ
は非常にすみやかに分解されるため, グルコース培地で増殖している大腸菌内には、ラクト
ペロンに含まれる遺伝子 lacZ からつくられるラクトース分解酵素は分解されにくく長く
は無視できるほど少ないと考えられる。 グルコース培地で増殖していた大腸菌を,グルコー
スが存在せず, ラクトースが存在する培地 (ラクトース培地とする)に移すと, ラクトースオ
ペロンが発現する。 ラクトース培地に移された大腸菌内で, lac mRNAの分解速度はグル
細胞内に残るが, グルコース培地で増殖している大腸菌内でのラクトース分解酵素の存在量
コース培地で増殖していたときと同じまま, lac mRNA の細胞内での存在量が図1のよう
に変化したものとすると, ラクトースオペロンの転写速度, lac mRNAを利用した翻訳の
速度 ラクトース分解酵素の存在量は、それぞれどのように変化したと推測できるか。それ
ぞれの変化を示すグラフとして最も適当なものを､次の①~③のうちから一つずつ選べ。な
お、同じ番号を繰り返し選んでもよい。また、①~⑨の縦軸は,転写速度・翻訳速度・酵素
の存在量のいずれか相対値を示し,横軸は時間〔分] である。図中の点線は図1のmRNA
量の変化を示すものとする。
転写速度 22 翻訳速度 23 ・酵素の存在量 24
4
4
mRNA 3
量
(相対値)
2
1
5
10
$
時間 〔分〕
図 1
15
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転写の際には、DNAの塩基と相補的な塩基をもつヌクレオチド
がつなげられて RNAが合成されるが,鎖の向きが逆向きであるこ
とに注意が必要になる。 ⑤ の場合、 鋳型鎖が5-ATGC-3 なので、
3-UACG-5' という RNA鎖がつくられる。
①② (正しい) RNAポリメラーゼが結合する DNA 領域はプロ
モーターとよばれる。 真核生物では, RNAポリメラーゼは,基
本転写因子や調節タンパク質とともに複合体をつくってプロモー
ター領域に結合する。
調節
タンパク質
調節領域･
調節領域
基本転写因子
プロモーター
-RNAポリメラーゼ
-構造遺伝子
③ ④ (正しい) 転写する RNAポリメラーゼは,2本鎖のDNA
に結合する。4種類の塩基は立体構造が異なるので,2本鎖を解
かなくとも 2本鎖の間の溝の立体構造によって, 塩基配列を認
識することができる。 なお, 制限酵素なども同じように2本鎖の
DNAに結合する。 1本鎖DNAに結合するのは, 複製の際の
...
DNAポリメラーゼであり,2本鎖が開裂したところに結合する。
問2 22 0.23 ④. [24]
文A および設問文で述べられている内容と, ラクトースオペロン
に関する知識を使って推論する。
■転写速度 22 )
まず 文Aの 「mRNA の存在量も合成速度(転写速度) と分解速
度によって決まる」 の部分に着目する。 この部分と、図1の
mRNAの細胞内での存在量を結びつけると
0~3分頃: 合成速度 > 分解速度
3~7分頃: 合成速度分解速度
7~8分頃: 合成速度 <分解速度
と変化することが推定できる。 設問文に「分解速度はグルコース培
地で増殖していたときと同じ」 とあるので, 一定である。 したがっ
て合成速度が3段階に変化している ⑩が該当する。
■翻訳速度 23
文Aの「翻訳速度はmRNA の存在量で決まり, mRNA の存在
量が多ければ速く, 少なければ遅い」 を踏まえて考えると,図1
RNA の細胞内での存在量) と同じ④が翻訳速度を表すと推定で
る。
DNAでもRNA でも、 ヌクレ
オチド鎖には方向性がある。 一
方の端が5'末端 他方の端が
3'末端と呼ばれ, 53の方
向性で鎖の向きを考える (環状
の場合も、同様に5'→3の方
向性を考える)。
DNAの2本鎖が互いに逆向
きであるだけでなく, DNA と
RNA (転写の際でも、RNA
とRNA (コドンとアンチコド
ン) でも、2本の鎖が相補的塩
基対をつくる際には, 鎖は必ず
逆向きになる。
5'
OH
3'
塩基
-CG-
-GC
-AT-
3'
5'
OH
リン酸
- 1つのグラフを別のグラフに読
み替える。 例えば、 問2では,
図1のmRNAの存在量(転写
速度と分解速度の差)のグラフ
の傾きを. 転写速度として読み
解き、 速度のグラフを選ぶ｡ ま
たmRNA の存在量のグラフ
をもとに, 翻訳速度を推定して
グラフを選び, 翻訳速度のグラ
フをもとに, タンパク質の存在
量のグラフを推定する。
このように、グラフを読み替
えたり,複数のグラフを関連さ
せて推論することは, 共通テス
トを克服するうえで重要なスキ
ルである。 しっかりと練習して
おこう。
存在量(24>
■
文Aの「タンパク質の存在量を決めるの
あり、もう一つの要因はタンパク質の分解速度である」 の下線部を
踏まえて考える。 翻訳速度については前項参照。 分解速度について
は、設問文の「遺伝子 lacZ からつくられるラクトース分解酵素は
分解されにくく･･･」に着目する。 ラクトース分解酵素が分解され
「にくい」のであれば, 15分程度では分解されないものと考えられる。
さて、遺伝子lacZの翻訳速度の変化は④なので、 最初, 翻訳速
度が上がっていくにつれて, 存在量は徐々に多くの量が蓄積される
ようになる (存在量のグラフは徐々に傾斜が急になる)。 そして,3
~7分頃は翻訳速度が一定なので、 酵素の存在量は一定量ずつ増え
る (翻訳速度のグラフが水平のとき, 存在量のグラフは傾き一定に
なる)。 また8分頃以降は翻訳が起こらず、 酵素の存在量は変化し
ない (翻訳速度のグラフが0になると, 存在量のグラフが水平にな
る) と推論できる。 したがって, ⑩が該当する。
B 問3 25 ③
図3と表1を併せて整理すると,次表になる。
ア
イ
ウ
上流
3.9kbp
2.6kbp
3.9kbp
イントロン
あり
あり
なし
胚型
+
+
成体型
+
アとイを比べると、導入した遺伝子の違いは上流 3.9 kbp
~ 2.6kbp だけであるが、 結果が異なっているので、この違いの部
分が重要となる。 上流 3.9kbp ~ 2.6 kbpがあると遺伝子が発現し.
ないと発現しないので、発現に必須の塩基配列が存在すると推論で
(③)。
①② (誤り)もしこれらが正しいなら, アだけでなくイでも遺伝
子発現がみられるはずである。
④⑤ (誤り) lacZを目印として利用しているのは,マウスがも
たないからであり、正常発生において lacZ が発現することはな
い。 なお,アとウの比較から、エキソン IEとⅡIの間のエキソ
ンに, 成体型赤芽球における遺伝子 GATA-1の発現に必須の配
列が存在することが推論できる。
24酵素の存在量
「翻訳速度はmRNAの存在量で決まり、その存在量が多ければ速く少なければ遅い」
①翻訳速度が大きくなると酵素の存在量は増加する
②翻訳速度が一定のとき酵素の存在量は一定に増加する
③翻訳速度がゼロになると酵素の存在量は変化しない