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単語帳
高校2~高校3年生 (16-18歳)

バイオテクノロジー

Biotechnology

バイオテクノロジーは制限酵素でDNAを切り、リガーゼでつなぎ、PCRで目的断片を増幅します。 制限酵素は回文配列を認識して付着末端をつくり、PCRは変性・結合・伸長のサイクルごとにDNAを2倍にします。 ベクターに遺伝子を入れ宿主で発現させれば、インスリンなどを大量生産できます。 スライダーで制限酵素の切断進行度とPCRサイクル数を変え、増幅がどう増えるかを見てみましょう。

直観導入 — 遺伝子を「編集」できる
💡 バイオテクノロジーの中核ツール
①制限酵素:DNAを特定位置で正確に切る「分子ハサミ」
②PCR:目的のDNA断片を数百万倍に複製する「分子コピー機」
③リガーゼ:切られたDNAを繋ぐ「分子のり」
④コロナPCR検査 = ウイルスDNAを増幅して検出
⑤遺伝子組換え技術でインスリン·成長ホルモン等を大量生産
制限酵素 — 分子ハサミ
0
🔍 制限酵素の原理
①パリンドローム構造の認識:上下どちらから読んでも同じ配列
②EcoRI:5'-G|AATTC-3' / 3'-CTTAA|G-5'
③2鎖を異なる位置で切断 → 粘着(sticky)末端生成
④粘着末端同士が相補的に結合 → 異なるDNA断片の連結に利用
⑤平滑(blunt)末端:同じ位置で切断する酵素もある
PCR — 遺伝子増幅
10
PCR増幅量
DNA量 = 2n (n = サイクル数)
30サイクル → 約10億複製!
💡 PCRの3段階を記憶せよ
①変性(94°C):2本鎖DNAを熱で分離
②アニーリング(55°C):プライマーが各鎖の特定位置に結合
③伸長(72°C):耐熱性DNAポリメラーゼ(Taq)が新鎖合成
④この3段階を1サイクル、通常25~35回反復
⑤コロナPCR検査:ウイルスRNA → cDNA → PCR増幅 → 蛍光検出
遺伝子組換えと応用
遺伝子組換え過程
制限酵素切断 → ベクター挿入(リガーゼ)→ 宿主細胞形質転換
目的の遺伝子を他生物に導入し発現
📐 中核技術と応用
①ベクター:プラスミドが代表 — 細菌で自己複製可能
②形質転換:外来遺伝子が入った細菌がその遺伝子を発現
③インスリン大量生産:ヒトインスリン遺伝子を大腸菌に入れて生産
④ゲル電気泳動:DNA断片を大きさ別に分離(小さい方が早く移動)
⑤DNAフィンガープリント:個人ごとに異なるSTR反復配列で身元確認
例題と過去問で確認
例題 1
DNA 1分子をPCRで10サイクル増幅すると、理論上何個になるか?(1サイクルごとに2倍)
1
PCRは1サイクルごとにDNA量が2倍になるので、nサイクル後には2n倍になる。
2
10サイクルなら210 = 1024なので、1分子が約1024個になる。
210 = 1024個
指数的増幅なのでサイクルが増えるほど爆発的に増える。20サイクルで約100万、30サイクルで約10億。
例題 2
異なる2つのDNAを同じ制限酵素で切って粘着末端を作った後、2つの断片を1つにつなぐのに使う酵素は?
1
同じ制限酵素で切ると、2つの断片の粘着末端の塩基配列が互いに相補的になる。
2
両末端が相補的に結合した後、DNAリガーゼが糖·リン酸の骨格をつないで1つの組換えDNAを完成させる。
DNAリガーゼ
制限酵素がハサミ、リガーゼがのり。プラスミドのようなベクターに目的遺伝子を挿入するときこの組み合わせを使う。
定期テスト類題
生命工学技術についての説明として正しいものは?
PCRの伸長段階の温度は約94°Cである
制限酵素はDNAをランダムな位置で切る
PCRをnサイクル行うとDNAは2n倍に増幅される
ゲル電気泳動では大きなDNA断片ほど速く移動する
DNAリガーゼはDNAを切る酵素である
③ PCRをnサイクル行うとDNAは2n倍に増幅される
1
PCRは変性·結合·伸長の3段階を1サイクルとして繰り返し、サイクルごとにDNAが2倍になりnサイクル後に2n倍になる。
2
伸長温度は約72°Cで(①)、制限酵素は特定の回文配列を切り(②)、電気泳動では小さな断片ほど速く移動し(④)、リガーゼはDNAをつなぐ酵素である(⑤)。
総まとめ
PCR増幅
2n個 (n = サイクル数)
20サイクル≈100万、30サイクル≈10億複製
🎯 試験ポイント
①PCR 3段階:変性(94°C) → アニーリング(55°C) → 伸長(72°C)
②nサイクル → DNA 2^n個(指数的増幅)
③制限酵素:パリンドローム認識·粘着/平滑末端生成
④遺伝子組換え:制限酵素+リガーゼ+ベクター(プラスミド)
⑤応用:GMO·遺伝子治療·幹細胞·DNAフィンガープリント·PCR検査
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