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単語帳
高校2~高校3年生 (16-18歳)

DNA複製と遺伝子発現

DNA Replication & Gene Expression

DNAは半保存的に複製され、元の鎖1本と新しい鎖1本が1分子をなします。 ポリメラーゼは5'から3'方向にしか合成できないため、リーディング鎖は連続、ラギング鎖は岡崎フラグメントで不連続合成されます。 メーセルソン-スタールの実験が半保存的複製を証明し、遺伝情報はDNAからmRNAを経てタンパク質へ流れます。 スライダーで複製の進行度と世代を変え、複製フォークと遠心分離のバンドを見てみましょう。

直観導入 — なぜ正確な複製が重要か
💡 比喩:30億文字の本を一文字も間違えず複製
①ヒトDNA ≈ 約30億塩基対
②細胞分裂のたびに全部を複製
③誤り率:約10億分の1 — 驚異的な正確さ
④半保存的複製:元の鎖1本+新しい鎖1本 → 2本のDNA
⑤元の鎖が「鋳型」役 → 相補的塩基対(A-T、G-C)
複製分岐点 — リーディング鎖とラギング鎖
5
複製の中核酵素
ヘリカーゼ → プライマー(プライマーゼ) → DNAポリメラーゼ → リガーゼ
ほどく → 開始点表示 → 合成 → 断片連結
🔍 リーディング vs ラギング
①DNAポリメラーゼは5'→3'方向のみ合成可
②リーディング鎖:複製分岐点と同方向 → 連続合成
③ラギング鎖:逆方向 → 短い断片(岡崎フラグメント)で不連続合成
④岡崎フラグメントはDNAリガーゼが連結
⑤プライマー(RNA)が開始点役 → 後にDNAに置換
メセルソン·スタール実験 — 半保存的複製の証明
1
💡 実験の解釈
①P世代:¹⁵N(重い)DNAのみ → 重いバンドのみ
②F₁:全DNAが¹⁵N-¹⁴N → 中間バンドのみ
③F₂:¹⁵N-¹⁴N(中間)+ ¹⁴N-¹⁴N(軽い)→ 2バンド
④この結果は半保存的複製のみで説明可能
⑤保存的·分散的複製では別パターン
遺伝子発現 — セントラルドグマ
セントラルドグマ
DNA → (転写) → mRNA → (翻訳) → タンパク質
遺伝情報の流れ:DNA → RNA → タンパク質
📐 転写と翻訳の核心の違い
①転写:DNA → mRNA | RNAポリメラーゼ | 核内
②翻訳:mRNA → タンパク質 | リボソーム | 細胞質
③コドン(3塩基)1個 = アミノ酸1個指定
④開始コドン:AUG(メチオニン)
⑤終止コドン:UAA·UAG·UGA(アミノ酸なし)
例題と過去問で確認
例題 1
ある二本鎖DNAでアデニン(A)が全塩基の30%を占める。このDNAでグアニン(G)の割合は?
1
二本鎖DNAではAとT、GとCが1:1で対をなす(A=T、G=C)。
2
Aが30%ならTも30%で合計60%、残り40%をGとCが半分ずつ分けるのでG = 20%。
20%
相補的結合(A-T、G-C)によりA=T、G=Cが成り立つ(シャルガフの法則)。4つの塩基の合計は100%。
例題 2
¹⁵N(重い窒素)だけで育てた大腸菌を¹⁴N培地に移し、1回だけ分裂させた(F₁)。DNAを遠心分離するとバンドは?
1
半保存的複製では各娘DNAは¹⁵N鎖1本と新しく作られた¹⁴N鎖1本からなる。
2
よってすべてのDNAが¹⁵N-¹⁴N(中間の重さ)になり、中間バンドが1本だけ現れる。
中間(¹⁵N-¹⁴N)バンドが1本
F₁で中間バンドだけが出ることが半保存的複製の決定的証拠。F₂では中間バンドと軽いバンドの2本に分かれる。
模試タイプ
DNA複製と遺伝子発現についての説明として正しいものは?
DNA複製は保存的に起こる
ラギング鎖は岡崎フラグメントを作りながら不連続に合成される
転写はリボソームで起こる
翻訳の終止コドンはメチオニンを指定する
メセルソン·スタールの実験は保存的複製を証明した
② ラギング鎖は岡崎フラグメントを作りながら不連続に合成される
1
ラギング鎖は複製フォークと逆向きのため、短い岡崎フラグメントとして合成された後リガーゼで連結される。
2
複製は半保存的で(①·⑤)、転写は核内でRNAポリメラーゼが行い翻訳はリボソームで起こり(③)、終止コドンはアミノ酸を指定しない(④)。
総まとめ
DNA複製
半保存的複製:元の鎖+新しい鎖
ヘリカーゼ → プライマーゼ → DNAポリメラーゼ(5'→3')→ リガーゼ
🎯 試験ポイント
①半保存的複製:メセルソン·スタール実験で証明
②DNAポリメラーゼ:5'→3'のみ合成
③リーディング(連続)vs ラギング(岡崎フラグメント·不連続)
④転写:DNA→mRNA(鋳型鎖3'→5'読む·mRNAは5'→3')
⑤翻訳:コドン-アンチコドン結合 → アミノ酸連結 | AUG開始·UAA/UAG/UGA終止
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