遺伝いでん と DNA

この 章しょう で 学まなぶ こと

第だい 3 章しょう で 学がく ん だ 代謝たいしゃ の 主役しゅやく は 酵素こうそ = タンパク質たんぱくしつ で し た。 そ の タンパク質たんぱくしつ の 設せっ計けい図ず が DNA で す。 第だい 4 章しょう で は、 遺伝いでん が ど の よう に 親おや か ら 子こ へ 伝つて わ り、 DNA が ど の よう に タンパク質たんぱくしつ を 作さく る か を 学がく び ます。

• メンデル の 法則ほうそく (優ゆう性せい・分ぶん離り・独どく立りつ) を 説せつ明めい で きる
• DNA の 二に重じゅう ら せ ん 構こう造ぞう (ワトソン・クリック) を 理り解かい す る
• 半保存的複製はんほぞんてきふくせい (メセルソン・スタール) の しく み を 言げん え る
• セントラルドグマ (DNA → RNA → タンパク質たんぱくしつ) を 説せつ明めい で きる
• 転写てんしゃ・翻訳ほんやく の 流ながれ れ と コドン を 理り解かい す る
• 突然変異とつぜんへんい の 種しゅ類るい を 言げん え る

ポイント: 遺伝いでん の 研究けんきゅう史し は 「現げん象しょう (メンデル) → 染色せんしょく体たい (サットン・モーガン) → 分ぶん子し (ワトソン・クリック) → 機き能のう (転てん写しゃ・翻ほん訳やく)」 と 進すすむ み ま し た。 こ の 流ながれ れ を 押 さ え る と 全ぜん体たい が 見み え ます。

1. メンデル の 遺伝いでん法則ほうそく

オーストリア の 修道しゅうどう士し メンデル (Gregor Mendel、 1822-1884) が、 エンドウ を 8 年間ねんかん育いく て て 統計とうけい的 に 解析かいせき し、 1865 年ねん に 発表はっぴょう し た 法則ほうそく。 彼かれ の 研究けんきゅう は 当時とうじ注目ちゅうもく さ れ ず、 1900 年ねん に 3 人ひと の 学者がくしゃ (ド・フリース・コレンス・チェルマック) が 同時どうじ に 「再発さいはつ見けん」 し た こ と で 広ひろ ま り ま し た。

用語ようご の 整理せいり

用語ようご	意味いみ
[[遺伝子	いでんし]]
[[対立遺伝子	たいりついでんし]] (アレル)
[[ホモ接合	ホモせつごう]]
[[ヘテロ接合	ヘテロせつごう]]
[[顕性	あらわせい]] (優性ゆうせい)
[[潜性	せんせい]] (劣性れっせい)
[[表現型	ひょうげんがた]]
[[遺伝子型	いでんしがた]]

大事だいじ: 「優性ゆうせい」 「劣性れっせい」 は 強つよ い・弱じゃく い と い う 意い味み で は な く 「雑種ざっしゅ で 表ひょう に 出で や す い か どう か」 だ け を 意い味み し ます。 紛 ら わ し い た め、 現在げんざい は 顕性あらわせい・潜性せんせい と 呼こ ぶ こ と が 推すい奨しょう さ れ て い ます。

メンデル の 3 法則ほうそく

① 優性の法則ゆうせいのほうそく (顕あらわ性せい の 法則ほうそく) ホモ接合ホモせつごう の 親おや (AA × aa) を 交配こうはい す る と、 雑種ざっしゅ第だい 1 代だい (F₁) は す べ て ヘテロ接合ヘテロせつごう (Aa) で 顕あらわ性せい形けい質しつ だ け を 示 す。

② 分離の法則ぶんりのほうそく F₁ (Aa) が 配偶はいぐう子こ (花粉かふん・卵たまご細さい胞ぼう) を 作さく る と き、 対立遺伝子たいりついでんし が 1 つ ず つ 分ぶん か れ て 別べつ の 配偶はいぐう子こ に 入いり る。 結果けっか、 F₁ 同どう士し を 自家じか受粉じゅふん し た F₂ で は 表現型ひょうげんがた = 顕あらわ性せい:潜せん性せい = 3:1 に な る。

③ 独立の法則どくりつのほうそく 2 つ の 異こと な る 対立遺伝子たいりついでんし (例れい: 丸まる / し わ × 黄色きいろ / 緑みどり) は 互 い に 影えい響きょう せ ず 独どく立りつ に 配偶はいぐう子こ へ 分ぶん か れ る。 結果けっか、 F₂ で 9:3:3:1 の 比ひ が 出で る。 (※ た だ し こ の 法則ほうそく は 同どう じ 染せん色しょく体たい上 に な い 遺い伝でん子し に 限きり る)

F2 の 比ひ — 簡単かんたんな 計算けいさん

| 親おや の 組合くみあい せ | F₁ | F₂ (表現型ひょうげんがた) | 比ひ | |---|---|---|---| | AA × aa | Aa | A_:aa | 3:1 | | AABB × aabb | AaBb | (A_B_):(A_bb):(aaB_):(aabb) | 9:3:3:1 |

2. 染色せんしょく体たい と 遺伝子いでんし

染色せんしょく体たい説せつ

メンデル の 死後しご、 細さい胞ぼう学 が 進すすむ み、 1903 年ねん に サットン が 「遺伝子いでんし は 染色体せんしょくたい に 載の っ て い る」 と 提てい案あん (染せん色しょく体たい説)。 1910 年ねん に モーガン が ショウジョウバエ の 実じっ験けん で 確かく認にん し、 「連鎖れんさ と 組換えくみかえ」 を 発はっ見けん (ノーベル 賞しょう)。

連鎖れんさ と 組くみ換かえ

用語ようご	意味いみ
[[連鎖	れんさ]]
[[組換え	くみかえ]]
[[組換え価	くみかえか]]

組換え価くみかえか が 高こう い ほ ど 遺伝子いでんし の 距きょ離り が 遠とお い こ と を 意い味み し、 こ れ で 染色体せんしょくたい地図ちず が 作さく れ ます。

3. DNA — 遺伝いでん物質ぶっしつ の 正体しょうたい

DNA が 遺伝いでん物質ぶっしつ だ と 分わかる ま で

年ねん	研究けんきゅう	結果けっか
1869	ミーシャー	細さい胞ぼう核 か ら ヌクレイン を 抽ちゅう出しゅつ
1928	グリフィス	肺炎はいえん双球菌そうきゅうきん の **[[形質転換
1944	エイブリー ら	形質けいしつ転換てんかん の 正体しょうたい が DNA と 確定かくてい
1952	ハーシー・チェイス	バクテリオファージ 実じっ験けん で DNA が [[遺伝
1953	ワトソン・クリック	DNA の 二に重じゅう ら せ ん 構こう造ぞう を 発表はっぴょう (1962 ノーベル 賞しょう)

DNA の 構造こうぞう

DNA (Deoxyribo Nucleic Acid、 デオキシリボ 核酸かくさん) は、 ヌクレオチド が 多数たすう つ な が っ た 高こう分ぶん子し。

1 つ の ヌクレオチド:

• リン酸リンさん + デオキシリボース (糖とう) + 塩基えんき (4 種たね の う ち 1 つ)

4 種たね の 塩基えんき:

種類しゅるい	略りゃく	分類ぶんるい	相補そうほ ペア
アデニン	A	プリン	T
チミン	T	ピリミジン	A
グアニン	G	プリン	C
シトシン	C	ピリミジン	G

二に重じゅう らせん の 4 つ の 特徴とくちょう

特とく徴ちょう	内容ないよう
① 2 本ほん鎖くさり	2 本ほん の ヌクレオチド 鎖くさり が 互 い に 巻まき き つ く
② 逆ぎゃく平行へいこう	1 本ほん が 5'→3'、 も う 1 本ほん が 3'→5' (向むこう き が 逆ぎゃく)
③ 相補そうほ性せい	A と T、 G と C が 必 ず ペア (水素すいそ結けつ合ごう)
④ ら せ ん	10 塩基えんき で 1 周しゅう (約やく 3.4 nm)、 直ちょっ径けい約 2 nm

大事だいじ: シャルガフ の 規則きそく (1950): どの 生物せいぶつ の DNA で も A の 量りょう = T の 量りょう、 G の 量りょう = C の 量りょう。 ワトソン・クリック の 二に重じゅう ら せ ん モデル の 重じゅう要よう な ヒント に な り ま し た。

DNA 抽出ちゅうしゅつ実験じっけん (バナナ・タマネギ)

家庭かてい で も 行あるき え る 簡かん単たん な 実じっ験けん:

1. タマネギ や バナナ を す り つ ぶ す
2. 食しょく塩えん水すい + 中性ちゅうせい洗剤せんざい を 加か え 細さい胞ぼう膜 を 壊 す
3. ろ 過か し て 上澄す み を と る
4. 冷ひや や し た エタノール を そ っ と 加か え る
5. 境きょう界かい に 白しろ い 糸状いとじょう の DNA が 浮 か び 上うえ が る

安全あんぜん配慮はいりょ: 食しょく塩えん水すい・洗剤せんざい・エタノール は 飲いん ま ない、 目め に 入いり れ ない。 エタノール 抽ちゅう出しゅつ時 は 火気かき厳げん禁きん (引火いんか性せい)。 抽ちゅう出しゅつ し た DNA は 個人こじん で 持じ ち 帰き ら ず、 学校がっこう で 廃はい棄き し ます。

4. DNA の 複製ふくせい — 半はん保存ほぞん的てき複製ふくせい

細胞分裂さいぼうぶんれつ の 前まえ に、 DNA は 正確せいかく に 2 倍ばい に 増まし え ま す (複製ふくせい)。

半はん保存ほぞん的てき複製ふくせい

1958 年ねん、 メセルソン・スタール が ¹⁵N (重じゅう い 窒素ちっそ) で 標ひょう識しき し た 大だい腸ちょう菌きん の 実じっ験けん で 確かく認にん:

• 元もと の 二に重じゅう ら せ ん が ほ ど け、 各かく鎖くさり を 鋳い型がた と し て 新しん し い 鎖くさり が 作さく ら れ る
• で きた 二に重じゅう ら せ ん は 1 本ほん が 古いにしえ い 鎖くさり、 1 本ほん が 新しん し い 鎖くさり = 半保存的複製はんほぞんてきふくせい

複製ふくせい に 関かかわる 酵素こうそ

酵素こうそ	役割やくわり
ヘリカーゼ	二に重じゅう ら せ ん を ほ ど く
DNAポリメラーゼ	鋳い型がた に 沿 っ て 新しん し い ヌクレオチド を つ な ぐ
プライマーゼ	開始かいし点てん と な る RNA プライマー を 作さく る
DNAリガーゼ	切せつ れ た DNA 鎖くさり を つ な ぐ

リーディング 鎖くさり と ラギング 鎖

DNAポリメラーゼ は 5'→3' 方向ほうこう に し か 合ごう成せい で きない の で、 2 本ほん鎖くさり の う ち:

• リーディング鎖リーディングくさり: 連れん続ぞく的てき に 合ごう成せい
• ラギング鎖ラギングくさり: 短たん い 断だん片ぺん (岡崎フラグメントおかざきフラグメント) を 何なん度ど も 作さく り、 後ご で DNAリガーゼ が つ な ぐ

大事だいじ: 岡崎フラグメントおかざきフラグメント は 1968 年ねん に 岡崎令治おかざきれいち・恒つね子こ 夫妻ふさい (日本にっぽん) が 発はっ見けん、 世せ界かい的業績せき。

5. セントラル ドグマ — 転写てんしゃ と 翻訳ほんやく

クリック が 1958 年ねん に 提唱ていしょう し た 「遺伝いでん情じょう報ほう の 流ながれ れ」 = セントラルドグマ:

DNA → (転てん写しゃ) → RNA → (翻ほん訳やく) → タンパク質たんぱくしつ

転写てんしゃ — DNA から RNA へ

• 核かく の 中なか で 進行しんこう
• DNA の 一部いちぶ が ほ ど け、 RNAポリメラーゼ が 鋳い型がた に 相補そうほ的てき な mRNA を 合ごう成せい
• DNA の T ↔ RNA で は U (ウラシル) に 置 き 換 わ る

RNA の 種類しゅるい

種類しゅるい	はたらき
mRNA (伝令でんれい RNA)	遺い伝でん情じょう報ほう を リボソーム へ 運うん ぶ
tRNA (転移てんい RNA)	アミノ 酸さん を リボソーム へ 運うん ぶ
rRNA (リボソーム RNA)	リボソーム を 構こう成せい

翻訳ほんやく — RNA から タンパク質たんぱくしつ へ

• 細胞質さいぼうしつ の リボソーム で 進行しんこう
• mRNA を 3 塩基えんき ご と (コドン) に 読 み、 対たい応おう す る アミノ 酸さん を tRNA が 運うん ん で く る
• アミノ 酸さん が ペプチド 結けつ合ごう で つ な が り、 タンパク質たんぱくしつ に な る

遺伝いでん暗号あんごう表ひょう — コドン

• 4 種たね の 塩基えんき × 3 つ = 64 通つう り の コドン が 20 種たね の アミノ 酸さん を 指し定てい (重複じゅうふく あ り = 縮しゅく退たい)
• 開始コドンかいしコドン AUG = メチオニン
• 終止コドンしゅうしコドン UAA・UAG・UGA = アミノ 酸さん を 指し定てい せ ず 翻ほん訳やく を 終おわり え る

コドン	アミノ 酸さん
AUG	メチオニン (開始かいし)
UUU・UUC	フェニルアラニン
UAA・UAG・UGA	(終止しゅうし)

真ま核かく生物せいぶつ の 特徴とくちょう — スプライシング

真核生物まかくせいぶつ で は、 転写てんしゃ直後ちょくご の RNA に 不ふ要よう部ぶ分ぶん (イントロン) が 含 ま れ ま す。 こ れ を 切せつ り 取と り、 必ひつ要よう部ぶ分ぶん (エキソン) を つ な ぐ 過か程てい が スプライシング。 こ の 後ご に mRNA と し て 細さい胞ぼう質 へ 運うん ば れ ます。

6. 突然変異とつぜんへんい と バイオ テクノロジー

突然変異とつぜんへんい の 種類しゅるい

種しゅ類るい	内容ないよう	影えい響きょう
[[置換	ちかん]]	1 塩基えんき が 別べつ の 塩基えんき に 変へん わ る
[[挿入	そうにゅう]]	塩基えんき が 足あし さ れ る
[[欠失	けつしつ]]	塩基えんき が 抜 け る
[[染色体	せんしょくたい]]突然変異とつぜんへんい	染せん色しょく体たい の 一部いちぶ が 入いり れ 替かわ わ る・欠かけ け る

大事だいじ: 突然変異とつぜんへんい は 悪あく い こ と で は な い。 多様たよう性せい を 生なま み、 進化しんか の 原動げんどう力りょく と な る。

遺伝子いでんし工学こうがく の 基礎きそ

技術ぎじゅつ	概要がいよう	応用おうよう
[[制限酵素	せいげんこうそ]]	DNA を 特とく定てい の 配はい列れつ で 切せつ る
PCR	DNA を 大量たいりょう に 増まし や す	親おや子こ[[鑑定
[[電気泳動	でんきえいどう]]	DNA 断片だんぺん を サイズ で 分ぶん け る
[[ゲノム編集	ゲノムへんしゅう]] (CRISPR-Cas9)	DNA の 任にん意い箇か所しょ を 改かい変へん

7. ふりかえり

• [ ]メンデル の 3 法則ほうそく (優性の法則ゆうせいのほうそく・分離の法則ぶんりのほうそく・独立の法則どくりつのほうそく) を 言げん え る
• 「顕性あらわせい」 「潜性せんせい」 が 「強つよし さ」 で は な い こ と を 説明せつめい で きる
• [ ]DNA の 二に重じゅう ら せ ん 構こう造ぞう と 4 塩基えんき の ペア (A-T、 G-C) を 言げん え る
• [ ]半保存的複製はんほぞんてきふくせい と 関与かんよ酵素こうそ (DNAポリメラーゼ等) を 言げん え る
• [ ]セントラルドグマ (DNA → RNA → タンパク 質しつ) を 説明せつめい で きる
• [ ]コドン の しく み (3 塩基えんき・開始かいし・終止しゅうし) を 言げん え る
• [ ]突然変異とつぜんへんい が 進化しんか の 原動力げんどうりょく で あ る と 知ち る

この 章しょう の 安全あんぜん配慮はいりょ

• DNA 抽出ちゅうしゅつ実じっ験けん で 使し う エタノール は 火気かき厳禁げんきん、 換気かんき を 確かく保ほ
• 染せん色しょく液えき (酢さく酸さん カーミン 等とう) は 服ふく に 注ちゅう意い、 廃はい液えき は 容よう器き へ
• 個人こじん の DNA を 抽ちゅう出しゅつ す る 実じっ験けん (口内こうない細さい胞ぼう) は 同意どうい と 個人こじん情報じょうほう の 配慮はいりょ を 必 ず 行あるき う
• ゲノム 編集へんしゅう等とう の 議ぎ論ろん は 生命せいめい倫理りんり を 大切たいせつ に す る

次じ の 章しょう: 第だい 5 章しょう で は、 多た細さい胞ぼう生い物ぶつ と し て の 動物どうぶつ の 体液たいえき調ちょう節せつ と 恒常性こうじょうせい を 学がく び ます。 血液けつえき・自律神経じりつしんけい・ホルモン が ど の よう に 連携れんけい し て 体内たいない を 一いっ定てい に 保ほ つ か を 見み て い き ま しょ う。