遺伝子分野（生物範囲）の講義です。

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
最近流行っている電気泳動法によって遺伝子型を求める問題の背景や、マイクロサテライト、DNA鑑定について講義します。
●電気泳動法：ゼリー状のゲルにＤＮＡを注入し、電場をかける。ＤＮＡはリン酸部分が負（－）に帯電しているので、＋の方向に進む。
（DNAがどちらの方向に進むのかはよく問われる。）
●マイクロサテライト（マイクロサテライトDNA）：１～８塩基程度の短い塩基配列を繰り返し（リピート）の単位として、ゲノム中に数個から数十個直列に並んでいるDNAの配列のこと。リピート数が変化する突然変異率が高いため（遺伝的多型の程度が極めて高く）、個体識別などに用いられる。
●分子が大きい（つまりＤＮＡが長い）ほうがゲルの中を進みにくく、移動速度が遅いので、ＤＮＡを長さごとに分けることができる。
＊あらかじめ長さがわかっているＤＮＡ（マーカーという）を購入し、一緒に電気泳動を行えば、マーカーのバンドとサンプルのバンドの位置を比べることで、長さ未知のＤＮＡの長さを特定できる。
●マイクロサテライトは、数回から１００回を超えて繰り返す場合がある。
●遺伝子をホモに持つ場合、そこから生じるPCR産物を電気泳動で流すと、ヘテロに持つ場合より（DNA断片が多くできるので）バンドが太くなる場合がある。つまり、実は、電気泳動は、DNAの長さだけではなく、DNAの相対的な量も推定できる実験法なのである（そのバンドの明るさをコンピュータ処理することで相対的な量を推定できる）。
●２塩基から数塩基の繰り返しをマイクロサテライト、数塩基から６０塩基の繰り返しをミニサテライト、それ以上の塩基の繰り返しをマクロサテライトと呼ぶこともある。マイクロサテライトの例には動画に出てきたCAのリピートがある。ミニサテライトの例にはテロメア様配列の繰り返しがある。
●ハンチントン病の場合など、遺伝子に近い位置にある繰り返し回数の異常が疾患を引き起こすことが明らかになりつつある。
●本来は、サテライトDNAは、真核生物の染色体を断片化した際に、大部分の配列と塩基組成が異なるために、異なる分画に分別されるDNAを指す（その領域が、単純な塩基の繰り返しであることが分かった）。
●1918年、7月17日未明、ロシア皇帝一家は起こされ、民家の地下室に移動させられた。そして、その地下室で、激しい銃撃音とともに、ロマノフ家の処刑は断行された。血友病を患っていたアレクセイや、皇女アナスタシアも、そこで命を落とした。
1920年、アナスタシアを名乗る一人の女性がベルリン運河から救出された。「美しい皇女は、実は処刑から逃れていたのだ！」という、このドラマチックな物語は、当時大きなブームとなった（実際、アレクセイ皇太子と、皇女マリアかアナスタシアのいずれかの遺骨は、見つからなかった）。
彼女の死後、遺伝学の法則を使って、彼女が本当にアナスタシアだったのかが判定された。
ヨーロッパ人は、あるDNA領域に、５種類の対立遺伝子をもつ（A1、A2、A3、A4、A5）。
皇帝と皇后のDNAが遺骨から採取された。
皇帝の遺伝子型はA1A2であった。皇后の遺伝子型はA2A3であった。
そして、アナスタシアを名乗っていた女性のDNA（それは彼女の死後、彼女が外科手術を受けた際に保存されていた組織から採取された）を解析した結果、彼女の遺伝子型は、A4A5であることがわかった。
他のいくつかのDNA領域についても解析が行われたが、同様の結果となった。


＊「マイクロサテライトを遺伝子と読んではならない」と言っていますが遺伝子の中に繰り返し配列がある場合もあります。

0:00 電気泳動法による遺伝子型の推定
3:54 マイクロサテライト・DNA鑑定

#生物
#マイクロサテライト
#DNA鑑定

BIOLOGY

電気泳動法による遺伝子型の推定・マイクロサテライト・DNA鑑定　高校生物発展

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
真核生物の転写について講義します。

問題：転写において、ＤＮＡを鋳型にしてＲＮＡを合成する酵素を何というか。
答え：ＲＮＡポリメラーゼ（別名：RNA合成酵素）

＊より詳しい講義（転写・翻訳の方向性にも言及している）はこちら↓
   • 転写と翻訳の方向性【セントラルドグマ】　高校生物  
＊動画中に口走ってしまったDNAヘリカーゼという用語は基本的に覚えなくてよいです。DNAヘリカーゼは、DNAの複製や、転写の過程で登場する、DNAを巻き戻す酵素です。高校生は知らなくて良い事ですが、転写では、まず、TFⅡHという基本転写因子がそのヘリカーゼ活性によってDNAを開裂させます。その後は、RNAポリメラーゼ自身がDNAをほどきながら転写反応を進めていきます（すなわち、RNAポリメラーゼは、まず部分的にDNAの二本鎖をほどき、RNAを合成し、さらにDNAを再び二重らせんにもどす作業を行いながらDNA上を進行していきます）。
＊図は雑に描いています。必ず資料集等の図も確認してください（たとえば、正確には、二本鎖DNAが部分的にほどけている場所は、RNAポリメラーゼの内部にあります。上に貼った詳しい講義の方も参考にしてください）。

●DNA→RNA→タンパク質のように情報が『一方向的に』流れるという原則をセントラルドグマという。筆記で聞かれた時は、『一方向的に』というキーワードを入れて答える。セントラルドグマは、「中心命題」「中心教義」という意味で、ドグマというのはちょっと宗教っぽい用語である。まあ、「生命に関する非常に重大な原則」みたいなイメージである。DNAの二重らせん構造を発見したクリックが命名した。
なお、余談だが、クリックは、すでにセントラルドグマの例外を予言していた。彼はRNAの塩基配列情報からDNAの塩基配列情報へ情報は流れ得ると考えた。実際、その予言は的中した。RNAを鋳型にDNAを合成する特殊な酵素、『逆転写酵素』が発見されている。なお、現代においても、「一度タンパク質に入った情報はもう外へ出ることはない」というクリックの主張については、例外は見つかっていない。タンパク質のアミノ酸配列情報に翻訳された遺伝子の暗号（塩基配列情報）は、もうタンパク質から出ていかない。アミノ酸配列情報が塩基配列情報に戻る『逆翻訳』は地球に存在しないのである（複数のコドンが同一のアミノ酸を指定していることから、当然であろう）。
●DNAの鋳型鎖の塩基とRNAの塩基は相補的な関係になっていることに注意（DNAがAならRNAはU、DNAがTならRNAはA）。しかし１対１対応なので、本質的な情報は変わっていないことに注意。犬の写真を白黒反転コピーさせても犬の写真とわかるようなものである。
★DNAのRNAとの違い
①DNAは２本鎖の二重らせんだが、RNAは（ふつう）一本鎖である。
②DNAの塩基はA,T,G,Cだが、RNAの塩基はA,U,G,Cである。　
語呂「RNAとDNAはチがウ！チ（ミン）がウ（ラシル）！TがU！」
③DNAの糖はデオキシリボースだが、RNAの糖はリボースである。
●スプライシングで除かれる領域をイントロンという。イントロンがあることで、真核生物は選択的スプライシングが可能になり、遺伝子発現の融通がきくようになる。
しかし、見方を変えれば、イントロンの除去はせっかくつくったRNAを捨てるということであり、資源の無駄になる。また、イントロンがある分、DNA合成が面倒になる。
もともと全ての生物がイントロンをもっていたが、原核生物は、イントロンという無駄を省き、素早く増殖する方に進化の戦略の舵を切ったのだという説がある。
もしかしたら、イントロンは、寄生性の動く遺伝因子が由来なのかもしれない。
イントロンの由来については、結論が出ていない。
●スプライシングのとき、同じ遺伝子から転写されたRNAでも、異なるエキソンがつなぎ合わされて、異なるmRNAがつくられることがある。これを選択的スプライシングといい、この仕組みにより、1つの遺伝子から複数のタンパク質を合成することができる（選択的スプライシングの利点としてよく問われる）。
＊人の遺伝子は２００００程度しかないのにもかかわらず、遺伝子数以上のタンパク質が合成されているのは、選択的スプライシングが原因の一つであると考えられている。
●スプライシングは転写と組み合わさって起きる。多くの場合、スプライシングに関する反応は、ｍRNA前駆体の合成途中で開始されることが知られている（ただし、エキソンとイントロンの境界の目印付けは転写と同時に行われるが、実際のイントロン除去は後で起こる）。
●RNA内の塩基配列がスプライシングの起こる場所を決めている（イントロンとエキソンの境界にｍRNA前駆体中でスプライシングが起きるべき正確な位置を示す塩基配列が存在する）。
●選択的スプライシングは活性化因子と抑制因子（いずれもタンパク質）によって調節されている。これらのタンパク質がRNAに結合することで、特定の位置でのスプライシングが活性化されたり抑制されたりする。
●Amanita phalloides（タマゴテングダケ）のつくるアマニチンというペプチドはＲＮＡポリメラーゼと特異的に結合し、ＤＮＡからＲＮＡを転写する営みを阻害する。アマニチンの毒性は５０％の致死率を持つ。それほど転写は生命にとって欠かせない現象である。　


Ｑ．ＤＮＡを合成するのはＤＮＡ合成酵素（タンパク質でできた酵素）で、ＤＮＡ合成酵素の遺伝子はＤＮＡにある。いったい、ＤＮＡとタンパク質、どちらが地球上に先にあらわれたの？
A.これは多くの生物学者を悩ませたニワトリと卵問題である。実は、ＲＮＡが遺伝子の本体と触媒の機能を同時にもっていたらしいことが明らかになっている（触媒作用をもつRNAをリボザイムという）。そのような、ＲＮＡが遺伝子の本体（今はＤＮＡが遺伝子の本体である）と生体触媒（今はタンパク質でできた酵素が生体触媒として使われている）の両方を担っていたと思われる大昔の世界をＲＮＡワールドとよぶ。ちなみに、リボソームの翻訳の活性は、ｒＲＮＡの部分にあることがわかってきた。多くのＲＮＡが、タンパク質のように、細胞内で触媒として（酵素として）はたらいている可能性がある。現在、機能が未知のＲＮＡも続々発見されている。ＲＮＡはＤＮＡとタンパク質のただの仲介役ではないことがわかったのだ。

Ｑ．なんでコドンは３文字なの？
A.わかっていないが、２文字の塩基では２０種類のアミノ酸を指定しきれない（塩基は４種類ある。塩基２つの並びでは４×４＝１６種類のアミノ酸しか指定できない）ので、コドンは３文字ではないかと予想されていた（ビッグバン理論で有名なガモフによって予測されていた）。

●ＤＮＡやＲＮＡの鎖には方向性があり、3'末端にしか新しいヌクレオチドが付加されない。ｍＲＮＡも、3'末端が伸長することで合成される。
●ＤＮＡの鋳型鎖を『アンチセンス鎖』、非鋳型鎖を『センス鎖』という。センスとは意味がある、という意味だが、ｍＲＮＡの配列とセンス鎖の配列が同じ（ただしＵはＴになっている）であることからそう呼ばれる（しかし少なくない遺伝学者は誤った用語の使い方をしているのも事実である）。遺伝子を人に示す際は、ふつう非鋳型鎖（センス鎖）の塩基配列を示す。

●真核生物において、転写の結果できる未成熟なｍＲＮＡをｍＲＮＡ前駆体と呼ぶことがある。ｍＲＮＡ前駆体はスプライシングなどのいくつかの処理を受け、成熟ｍＲＮＡになってから核外へ出る。

#生物基礎
#セントラルドグマ
#転写

転写 　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
ビードルとテータムが提唱した一遺伝子一酵素説についてわかりやすく講義します。自分で図を描いて、変異の場所に×しるしをつけながら考えることが大切です。
語呂「ビードル！そのパンカビ生えてるってー！いちいちうるさいなあ！（ビードル、テータム、一遺伝子一酵素説）」

●センター試験生物基礎でも考察問題として問われました。生物基礎選択者も簡単に概念だけ理解しておきましょう。用語を覚える必要はありません。
●一遺伝子一酵素説は1941～1945年にかけてビードルとテータムらによって提唱された。
X線による突然変異によって、ある代謝経路の酵素活性に変化が生じ、それが原因でその生物のもつ表現型が変わるということから、1つの遺伝子は1つの酵素の生成に寄与しているとしている。
しかし、現在では、いくつかの遺伝子のつくる異種のポリペプチド（サブユニット）が会合することによって1つの酵素活性をもつタンパク質を形成する場合があることなどが明らかとなり、この説は一遺伝子一ポリペプチド説 one-gene-one polypeptide theoryと変更された。
ところが分子生物学の進歩により、選択的スプライシングや、メッセンジャーRNA上の翻訳開始点の違い、遺伝暗号の読み取り枠の違い、さらには、翻訳後のタンパク質の修飾の違いなどによって、1つの遺伝子から2種以上の異なったタンパク質が形成されてくる場合のあることが明らかにされてきた。
もっと細かいことを言えば、トランスファーRNA、ｒRNAなど、ポリペプチド以外を指定する遺伝子もある。

#高校生物
＃一遺伝子一酵素説
#遺伝子

一遺伝子一酵素説　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
オペロン説についての発展的な講義です（CAPや遺伝子導入問題についても扱います）。
基礎講義はこちら
オペロン説①
   • オペロン説①（トリプトファンオペロン）　高校生物  
オペロン説②
   • オペロン説②（ラクトースオペロン）　高校生物  


問題：ある突然変異体は、調節遺伝子に変異がある。この調節遺伝子からは、アロラクトースの有無にかかわらず常にオペレーターに結合する変異リプレッサーが作られる。この突然変異体は、ラクトースの有無にかかわらず、変異リプレッサーがオペレーターに結合し続け、ラクトース分解に関わる遺伝子を発現しない。
さて、この突然変異体に、もうひとつオペロンに関するDNA領域（調節遺伝子、プロモーター、オペレーター、構造遺伝子）を導入した。この突然変異体は、ラクトースがありグルコースがない培地で構造遺伝子を発現するか、しないか。

答え：しない。（もともとあるDNAから作られる変異リプレッサーが、導入したオペロンのオペレーターにも結合し、転写を止めてしまう）

●ラクトースオペロン（ラクトースがあり、グルコースがない場合のみ、ラクトース分解にかかわる酵素群が発現される）：グルコースがなくラクトースがあるとき、リプレッサーがはずれる（ラクトースが変化したアロラクトースがリプレッサーに結合する。すると、リプレッサーの立体構造が変化し、リプレッサーのオペレーターに対する親和性が下がる）。その結果、構造遺伝子の転写が活性化される。
●ラクトースオペロンのCAPによる調節：細胞内にグルコースが豊富にある場合、別な仕組みが働き、ラクトース分解に関わる酵素群の転写は抑制されることが知られている（細胞内にグルコースがないとき、大腸菌はｃAMPを生産する。ｃAMPがCAP[環状AMP受容タンパク質]というタンパク質に結合すると、CAPはDNAに結合できるようになり、ラクトース分解に関わる酵素群の転写を活性化させる[オペロンをONにする]）。
つまり、①グルコースがなく（CAPが活性化し）、②ラクトースがある（リプレッサーがオペレーターからはずれる）時にのみ、オペロンがONになる。
＊ジャコブとモノーが提示したオペロンのモデルは「グルコースとラクトースが両方存在している培地で生育している大腸菌がラクトース分解酵素を発現しないのはなぜか」という疑問に触れなかった。実際は、上述のように、CAPが関係していた。
●トリプトファンオペロン（宿主がトリプトファンを多く食事を含む食事をしている時など、トリプトファンを大腸菌が自分で合成する必要がない場合は、トリプトファン合成にかかわる酵素の発現は抑制されている）：リプレッサーがトリプトファンと結合し、活性化される（オペレーターとの親和性が上がる）。活性化したリプレッサーによって、トリプトファン合成酵素（トリプトファンの合成にかかわる数種類の酵素の遺伝子群）の遺伝子の転写が抑制される。
●IやPやOなどの略称は覚える必要はない。一応語呂「一本じゃ!（I P O んZYA）」
●１つのmRNAにlacZ,Y,Aの配列が入ることになる。このように、１つのｍRNAに複数のタンパク質の情報が入るのは原核生物の特徴である（真核生物は１つのｍＲＮＡにつき１つのタンパク質の情報が入っている）。
●DNAが線状に描かれているが、本来は環状である。念のため。（オペロンは原核生物に特有のしくみである。原核生物のDNAは環状である。）
●lacZはラクトース分解酵素の遺伝子、lacYはラクトースを細胞内に取り込む酵素の遺伝子である。lacAはガラクトシドアセチル基転移酵素だが、そのはたらきの生理的意義についてはまだ完全にわかっていない。
●単一の「オペ」レーターに同時に調節される構造遺伝子を「オペ」ロンと呼んだ。今では、オペロンという語は様々な意味で使われている。定義は厳密には決まっていない。
●ラクトースの非存在下でも、リプレッサーはたまにオペレーターからはずれる（生体分子の相互作用は、ふつう０か１かではない。親和性の問題である。たまにリプレッサーがオペレーター配列からはずれるからこそ、ラクトースを細胞内に取り入れる酵素が発現し、周囲にラクトースが添加された場合に、それを効率よく取り込めるのである。それに、アロラクトースは、ラクトース分解酵素によってラクトースから作られる）。だから、正確には、ラクトースの有無にかかわらず（ラクトースがない場合も多少は）構造遺伝子が発現している。
●大学では、リプレッサーのように、他のDNA鎖に影響を与えることができる因子をトランスに作用する因子（トランス作用因子＝転写因子）とよぶ（CAP結合部位[CAPが結合するDNA領域]が転写開始能力に影響を与えるように、『同一の』鎖に影響を与える配列を、シス調節配列と呼ぶ）。
トランス作用因子という考え方は、ジャコブとモノーのオペロン説の基盤となった。
●実際は、ラクトースオペロンの場合、プロモーターとオペレーターは重なっている。トリプトファンオペロンの場合は、オペレーターはプロモーターの内部にある。
●その働きを考えれば明らかだが、調節遺伝子は、ラクトースオペロンのように、必ずしもプロモーターの近くにある必要はない。実際、トリプトファンオペロンでは調節遺伝子はプロモーターから遠く離れたところにある（高校教科書の中には、調節遺伝子のある位置を誤って描いている図もある）。
●遺伝子を書く場合は斜体にするのが普通である。同じアルファベットが遺伝子を表しているのかそこから発現するタンパク質を表しているのか区別するため、遺伝子の方を斜体で書くのである。
●調節遺伝子（I）からつくられるリプレッサー（repressor）は転写を阻害（Inhibition）する。
●CAP（カタボライト遺伝子活性化タンパク質catabolite gene activator protein）については発展。省略されることも多い。CAP結合部位は正確にはプロモーターの内部にある。
●大腸菌はふつう単相である。今回の問題のように遺伝子導入によって複相にすることができる。複相の研究によって、鎖を超えてトランスに作用するリプレッサー（トランス作用因子）の存在が明らかになり、また、オペレーターがシスの状態に連鎖した遺伝子座にのみ作用することがわかった。これらの事実は、ジャコブとモノーがオペロン説を立てる根拠になった。ちなみに、オペレーターはオペロンの発見より後に見つかった。

＊動画中の問題は、グルコースがないという条件です。本番では察する必要がありますが、念のため。

0:00 ラクトースオペロンの詳細
3:18 CAPとcAMP
4:55 発展問題（遺伝子の導入）

#高校生物
#オペロン説
#遺伝子

オペロン説（発展編）　高校生物発展

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
プライマーの設計に関する問題について解説します。
●ちなみに、プライマーが短すぎると、色々な場所に結合してしまうので、余計な増幅産物ができてしまう。今回の動画は考え方を示すものである。実際、今回の動画のように４塩基しかない短いプライマーを使ってしまうと、様々な副産物が生じてきてしまう（GCCGなんて配列はDNA上のいたるところに出現するので）。ただ、長いプライマーは高価であるし、DNAと結合する確率が減り、産物の収量が下がる（プライマーのサイズが大きいほどアニーリング効率は低下する）。さらに、プライマー同士結合（アニーリング）しないようにするなど、他にも様々な考慮すべき条件があるが、大学で学べばよい。
●生体内ではRNAでできたプライマーが使われる（すぐに破壊され、DNAに置き換えられる。「ここから鎖の伸長を始めた」という目印になっていると考えられている）。PCRではDNAでできたプライマーが使われる。

※申し訳ありません。3´や５´のダッシュ（プライム）「´」が、アポストロフィー「’」の形になっています。正しくはダッシュ（プライム）「´」です。ただし、あまり厳密な書き分けのルールはなく、「´」を「’」と表記することもあります。たとえば東北大学２０１５入試問題第２問、高校生物教科書（東京書籍　東書・生物301）、『ベーシックマスター分子生物学改訂２版』（オーム社）、『現代化学史』（京都大学学術出版会）、『遺伝子・染色体検査学』（医歯薬出版株式会社）、『バイオ実験イラストレイテッド②遺伝子解析の基礎』（秀潤社）ｐ５０、『イラストレイテッド　ハーパー・生化学』（丸善）ｐ４２５など。


#生物
#PCR
#プライマー

プライマーの設計に関する問題　高校生物発展

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
遺伝子突然変異（欠失・挿入・置換）、染色体突然変異（欠失・重複・転座・逆位）について講義します。

問題：遺伝子突然変異を３つ答えよ。
答え：欠失、挿入、置換

問題：遺伝子領域に起きた塩基の欠失や（①）では、（②）が起きてしまう場合がある。（②）とは、コドンの読み枠がずれてしまうような現象である。空欄を埋めよ。
答え：①挿入②フレームシフト

問題：遺伝子突然変異における１塩基の挿入や欠失が、異常なタンパク質を作り出してしまうことが多いのはなぜか。
答え：フレームシフトが起こり、指定するアミノ酸が大きく変化してしまうことがあるから。

問題：染色体突然変異を４つ答えよ。
答え：欠失・重複・転座・逆位


●遺伝子突然変異：DNAの塩基配列に置換（ちかん）・欠失（けっしつ）・挿入（そうにゅう）などの変化が生じて起こる突然変異。　 
例 ）鎌状赤血球貧血症（塩基の置換によって、ヘモグロビンβ鎖の６番目のグルタミン酸がバリンに変化している）
●鎌状赤血球貧血症（かまじょうせっけっきゅうひんけつしょう）は、赤血球が三日月状に変形し、毛細血管が詰まったり、溶血したりしてしまう疾患である。致死的な疾患である。しかし、鎌状赤血球貧血症の原因遺伝子と正常遺伝子をもつヒト（ヘテロ接合体のヒト）は、マラリアに抵抗性を持つ（マラリア原虫が赤血球中で繁殖しにくい）ので、アフリカでは、鎌状赤血球貧血症の原因遺伝子の遺伝子頻度が比較的高く保たれている（マラリアは、蚊の吸血によって宿主の血液に入り、まず肝臓に移動するが、やがて赤血球に侵入する）。
＊鎌状赤血球貧血症の原因遺伝子と正常遺伝子をもつヘテロ接合体のヒトは、通常は健康であるが、長期間血中の酸素濃度が低下すると鎌状赤血球貧血症の症状が出る。
●１塩基の挿入や欠失は深刻な影響を及ぼすことが多い。フレームシフト（コドンの読み枠がずれる）が起きるからである。
●遺伝子突然変異によって終止コドンが生じてしまうと、異常に短いポリペプチドが生じてしまう（よく問題で登場する設定である。問題の途中で、配列に変異が起きたら、必ず終止コドンが生じていないか確認すること）。
●コドンの３文字目が別な塩基に置換しても、同じアミノ酸を指定することが多い（アミノ酸を変化させない置換を同義置換という）。
●一般に、イントロン領域に置換が起こった場合は、生じるポリペプチドに変化が生じない（イントロン領域はスプライシングで取り除かれるから）。
●タンパク質の重要でない部位に変異が起こった場合、変異が起こってもタンパク質の機能に変化が現れない場合がある。
●染色体突然変異：染色体の形や数に異常が生じたために起こる突然変異。欠失（一部が欠落する）・逆位（配列順序が逆になる）・重複（１つの遺伝子座が直列に並んだ二つ以上の遺伝子座に変化する）・転座（染色体の一部が他の部分に位置を変える）などがある。
●よく参考書等に載っている染色体突然変異の図に縞々があるのは、ショウジョウバエの唾腺染色体を想定しているからです。そして、唾腺染色体では体細胞染色体対合が観察されます。
● 一般に、染色体や核酸分子の一部に生じる変化を突然変異と呼ぶ。
●高校では、塩基配列レベルの突然変異を遺伝子突然変異、染色体規模の突然変異を染色体突然変異というが、あまり厳密な言い方ではない。染色体突然変異は、染色体の欠失、重複、転座、逆位を指して、ふつうに使うが、遺伝子突然変異とは普通言わず、単に挿入、欠失、置換などと言うことが多い。
●双翅目の唾液腺に見られる巨大な染色体を唾腺染色体という。唾腺染色体の著しい特徴は次の通り。
(1)通常の染色体の約200倍の大きさである。
(2)細胞の分裂を伴わずに、染色糸がつぎつぎ繰り返し複製され、さらに分離せず対合したままの状態になっている。
(3)ほとんど全長にわたって縞々模様がある。帯は染色体の部分的な欠失・逆位・重複・転座などを調べる標識になる。
(4)キイロショウジョウバエの多糸染色体は、約5000の縞々をもっている。この縞一つが，一つの遺伝子に対応するのではないかという説もある。
(5)2本の相同染色体どうしが対合をしている。理由は不明。たとえば、ユスリカ(2n＝8)では4本の染色体が認められる。
唾腺染色体の縞の1個またはいくつかが著しくふくらんでいることがあり、多糸性の巨大染色体におけるこのようなふくらみをパフという。パフでは転写が活発に起こるとされ、さらに、パフのできる位置は成長段階ごとに異なるので、時期によって発現する遺伝子が変化すると言う、選択的遺伝子発現の根拠となる。
どうして唾腺染色体がこのような性質を持っているかは、活発なタンパク質合成に有利、という説もあるが、未だ明らかになっていない。
●ショウジョウバエでは、唾腺染色体が対合しているので、たとえば欠失があれば、それのない相手の染色体が突出することになる。このように、唾腺染色体は、細胞学に多大な貢献をした。
●逆位の構造は様々ある。今回の動画より簡単なループもある。ループの中にループができたり、今回の動画のように重なり合ったループができたりすることもある。
●この動画はショウジョウバエについて主に話しています。ヒトの疾患に関する様々な突然変異については、様々な知見が存在しますので、医学部に進学される方は、大学で学んでいただければと思います。
●１９世紀後半、物理学の進展により、地球の歴史に対して知見が深まりつつあった。困ったことに、その歴史は生物学者の予想より浅すぎた。生物学者は（進化がダーウィンの言うとおりに進むとしたら、）進化の速度があまりに速すぎると考えた。
そこで、何か「突然の、急激な変化」が生物に起こるのではないか？と言う考えをもつ生物学者が現れ始めた。
オランダの植物学者ド・フリースは、アムステルダムの郊外の荒れた草地に、アメリカ原産のオオマツヨイグサを見つけた。ド・フリースは、あるオオマツヨイグサが、他のものと大きく外観が異なる「変わりもの」であることに気付いた。彼はその「変わりもの」を自分の庭に持ち帰って研究し、「変わりもの」に『突然変異体(mutant)』の名を与え、突然変異説(mutation theory)を提唱した。ド・フリースは『突然変異(mutation)』という概念を明確にした。mutationはラテン語の「変化」に由来する（ただし、彼がオオマツヨイグサで観察したのjは、遺伝子突然変異ではなかった。しかし、突然変異説は、彼の名前を不朽にした）。
なお、ダーウィンも、連続しない突飛な変異を論じている。彼は『種の起源』の中でそれを「変わりもの」と呼んでいる。
●ちなみに、関係ないが、ド・フリースの同僚にファント・ホッフがいる。ファント・ホッフはド・フリースとの会話から浸透圧に興味を抱き、浸透圧の大きさを表す式、ファント・ホッフの式を示した。（Π＝ｃRT：Πは浸透圧、ｃはモル濃度、Ｒは気体定数、Ｔは温度）

0:00 はじめに
0:16 遺伝子突然変異（欠失・挿入・置換）
3:17 染色体突然変異（欠失・重複・転座・逆位）

#高校生物
#遺伝子突然変異
#染色体突然変異
#突然変異

遺伝子突然変異と染色体突然変異　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
放射性チミジンを用いた細胞周期に関する実験についてわかりやすく講義します。

続きはこちらです。
   • 放射性チミジンを用いた細胞周期の追跡②　高校生物基礎発展  

動画を③まで見てから解いてください。

（３）標識してから１２時間後、標識されたM期の細胞の割合が100%から減り始めた。
S期の長さを求めよ。

解説・答え
（１）で見たように、標識されてから五時間後に、標識時S期の先頭にいた細胞（＝S期の終わりにいた細胞）がM期に入った。
（その後、（2）で見たように、M期の全ての細胞が標識された細胞で占められるようになり、つまりM期の細胞の100%が標識された細胞で占められるようになり、さらに、）標識してから十二時間後、標識されたM期の細胞の割合が100%から減り始めた。
どうして減り始めたのかというと、標識時、S期の最後尾の細胞（＝S期に入ったばっかりだった細胞）がM期に入ったからである。（S期の最後尾であった細胞より、後ろの細胞は、標識されていない）。
つまり、放射性チミジンを加えた時、ギリギリS期に入っていなかった標識されていない細胞が、M期に突入し始める時がきたのである。
S期の先頭にいた細胞がM期に入ったのが五時間後。（その後、標識された細胞が後に続く）
S期の最後尾にいた細胞がM期に入ったのが十二時間後。（その後、S期にまだ入っていなかったので標識されなかった細胞が後に続く）
S期の長さは、先頭の細胞がM期に突入した時間と、最後尾の細胞がM期に突入した時間との時差である。
したがって、12-5=7時間がS期の長さである。
答え:7時間

（４）細胞周期全体の長さが１９時間であった。G 1期の長さを求めよ。

解説・答え
今まで求めた時期の分を細胞周期全体から引けばよい。
19-5-3-7=4
答え:４時間

noteに簡単な図があります。
https://note.com/yaguchihappy/n/n191308c58e3d#deb4f9ec-2909-4d68-87b1-349da5256d31



#体細胞分裂
#生物基礎
#細胞周期

放射性チミジンを用いた細胞周期の追跡①　高校生物基礎発展

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
オペロン説について講義します。
語呂「じゃあ、物をペロペロする（ジャコブ、モノー、オペロン説）」
語呂「プロのオペはこうだぞ！（プロモーター、オペレーター、構造遺伝子はこの順番で並んでいる）」意味のない語呂ですね。すみません。
覚え方「ひとつのオペレーターに制御されるから、オペ　ロン　という。オペロンはもともとオペレーターに制御されるひと単位という意味。」
覚え方「転写を促進するからプロモーターという。実際、遺伝子組換え技術を用いてプロモーターを強力な配列に取り換えることで転写速度を上げることもできる」

「環境から受け取ることができる唯一の指令は、調節タンパク質の介在によるものであって、それはひとつの信号、すなわち進行または停止である。それゆえ、遺伝のメッセージの読み取りは、喫茶店のジュークボックスが出す音楽に似ている。ボタンのひとつを押すことによって、その機械のレコードの中から聞きたいと思うレコードを選ぶことができる。」ジャコブ『生命の論理』

＊アロラクトースがリプレッサーに結合する板書の図は不正確です。念のため（実際は、ラクトースオペロンのリプレッサーのタンパク質部分は、アロラクトースとの結合によってその立体構造を変化させ、DNAとの親和性を低下させる。結果、リプレッサーはDNAから離れ、構造遺伝子の発現が促進される）。
オペロン説の発展的な講義動画はこちら。
   • オペロン説（発展編）　高校生物発展  


●リプレッサーが結合するDNA領域をオペレーターという。
●調節タンパク質によって発現が調節され、酵素などをコードしている遺伝子領域を『構造遺伝子』という。以下にポイントをまとめておく。
①遺伝子の中には、他の遺伝子の働きを調節する調節遺伝子という遺伝子がある。
②調節遺伝子から調節タンパク質（リプレッサーなど）がつくられる（調節遺伝子は調節タンパク質のアミノ酸配列をコードしている。調節遺伝子が転写・翻訳され、調節タンパク質が合成される）。
③調節タンパク質はＤＮＡのオペレーターに結合することで、構造遺伝子（酵素などのタンパク質を支配する遺伝子）を発現を調節する
なお、調節タンパク質には転写を抑制するもの（リプレッサーという）と、活性化させるもの（転写活性化因子とよぶことがある）がある。
●もともと、「単一のオペレーターによってまとめて転写が調節される遺伝子群」の単位を、「オペロン」と呼んでいた。「オペロン」の「オペ」は「オペレーター」の「オペ」である。
●リプレッサーがDNAのオペレーター」に結合していると、RNAポリメラーゼがプロモーターに正しく結合できず、転写は抑制される。
●実際は、トリプトファンオペロンの場合は、オペレーターはプロモーターの内部にある。ラクトースオペロンの場合、プロモーターとオペレーターは重なっている（厳密には、オペレーターの１つはプロモーターと隣り合っており、もう一つのオペレーターはlacZのコード領域内にある。四量体であるリプレッサーは、2か所のオペレーターに同時に相互作用し、その結果、DNAのループが形成される。すると、RNAポリメラーゼとプロモーターの結合が抑えられる）。
●オペロン説が発表された当時、リプレッサーは単離されておらず、それがRNAなのかタンパク質なのかさえわかっていなかった。

＜Ｑ．ラクトースとかトリプトファンって何？…ラクトースの別名は乳糖。哺乳類の乳にも豊富に含まれる糖。トリプトファンはアミノ酸の一種。＞

●トリプトファンオペロン（宿主がトリプトファンを多く食事を含む食事をしている時など、トリプトファンを大腸菌が自分で合成する必要がない場合は、トリプトファン合成にかかわる酵素の発現は抑制されている）：リプレッサーがトリプトファンと結合し、活性化される（オペレーターとの親和性が上がる）。活性化したリプレッサーによって、トリプトファン合成酵素（トリプトファンの合成にかかわる数種類の酵素の遺伝子群）の遺伝子の転写が抑制される。
●ラクトースオペロン（ラクトースがあり、グルコースがない場合のみ、ラクトース分解にかかわる酵素群が発現される）：グルコースがなくラクトースがあるとき、リプレッサーがはずれる（ラクトースが変化したアロラクトースがリプレッサーに結合する。すると、リプレッサーの立体構造が変化し、リプレッサーのオペレーターに対する親和性が下がる）。その結果、構造遺伝子の転写が活性化される。
●ラクトースオペロンのCAPによる調節：細胞内にグルコースが豊富にある場合、別な仕組みが働き、ラクトース分解に関わる酵素群の転写は抑制されることが知られている（細胞内にグルコースがないとき、大腸菌はｃAMPを生産する。ｃAMPがCAP[環状AMP受容タンパク質]というタンパク質に結合すると、CAPはDNAに結合できるようになり、ラクトース分解に関わる酵素群の転写を活性化させる[オペロンをONにする]）。
つまり、①グルコースがなく（CAPが活性化し）、②ラクトースがある（リプレッサーがオペレーターからはずれる）時にのみ、オペロンがONになる。
＊ジャコブとモノーが提示したオペロンのモデルは「グルコースとラクトースが両方存在している培地で生育している大腸菌がラクトース分解酵素を発現しないのはなぜか」という疑問に触れなかった。実際は、上述のように、CAPが関係していた。
●ラクトースオペロン、トリプトファンオペロンにおいては、調節タンパク質＝リプレッサーと覚えて問題ない。真核生物では、ふつう、遺伝子の発現調節に、転写を活性化する調節タンパク質も多くかかわる。（大学内容なので覚えなくてよいが、大腸菌のアラビノースオペロンの調節遺伝子の生成するタンパク質のように、そのままではリプレッサーとして負の制御を行うが、アラビノースと結合するとオペロンの転写を積極的に行わせるような正の制御物質となる場合もある。）アラビノースオペロンについてはnoteを参照せよ。
●ジャコブとモノー（２人ともフランス生まれ）は大腸菌において、関連した一連の生合成経路をコントロールする遺伝子は、染色体上にランダムに配置されているのではなく、一つのグループをつくって存在することを明らかにし、このユニットを「オペロン」と命名した。彼らは、ＤＮＡからリボソームへ情報を伝達する分子（ｍＲＮＡ）の存在も予測していた。
●原核生物のｍＲＮＡは合成され次第リボソームが結合し翻訳がはじまる。しかし、真核生物のｍＲＮＡには、スプライシングが終了したことをあらわす目印があり、その目印が付加されない限り核から出られない。真核生物では、スプライシング（や、大学で学ぶが、５'キャップの付加、ポリＡテールの付加[ポリアデニル化]）が終了しない限り、未熟なｍＲＮＡは核から出れず、翻訳のステップに進むことは出来ない。
●入試に合わせて動画のように説明したが、たとえば「リプレッサーのみでオペロンが調節されている」という定説はすでに覆されている。たとえば、トリプトファンオペロンにおいて、実際はトリプトファン濃度の上昇による転写減衰（attenuation：プロモーターから始まり転写減衰域付近まで転写されてきたｍRNAの合成が、細胞内トリプトファン濃度がある程度以上高い時はその位置で終末する）が関わっている。実際の話は大学で学んでほしい。
●一般に、原核生物のｍＲＮＡは複数のタンパク質の情報を含むが、真核生物のｍＲＮＡは１つのタンパク質の情報しか含まない。

＊以下の問題は、トリプトファンオペロン、ラクトースオペロンの両方について学んでから解いてください。

問題：大腸菌において、ラクトース分解にかかわる酵素は、培地にグルコースがなくラクトースがある場合、ふつう①合成される　②合成されない　どちらか？
答え：①（グルコースがある時はグルコースを優先的に使うが、グルコースがなく、ラクトースがある場合はラクトース分解に関わる酵素を発現する）

問題：大腸菌において、一般に、トリプトファン合成にかかわる酵素は細胞内にトリンプトファンがあると合成①される②されない　どちらか？
答え：②（自分でトリプトファンを合成する必要はない）

問題：リプレッサーのように、遺伝子の発現を調節するタンパク質のことを一般に何というか。
答え：調節タンパク質（調節タンパク質は転写因子ともいう[大学では転写因子と言うことが多い]。調節タンパク質をコードしている遺伝子を『調節遺伝子』という）

問題：リプレッサーなどの調節タンパク質（遺伝子の発現を調節するタンパク質を調節タンパク質という）をコードする遺伝子を何というか。
答え：調節遺伝子
（リプレッサーなど、転写を調節するタンパク質は調節タンパク質とよばれる。リプレッサーという調節タンパク質は、DNAのオペレーターという領域と結合し、転写を抑制する。高校ではあまり習わないが、転写を促進する調節タンパク質[アクチベーターなどと呼ばれる]もある。調節タンパク質をコードしている遺伝子領域を『調節遺伝子』という。）

問題（発展）：ある変異Xが起きた大腸菌がいる。
この変異Ｘをもつ大腸菌は、ラクトースの有無にかかわらず、常にラクトース分解酵素を発現している。
この大腸菌に、リプレッサー遺伝子（調節遺伝子）が入ったプラスミドを新たに導入したが、変化はなく、常にラクトース分解酵素を発現してた。正しいのはどちらか。
①変異Xは調節遺伝子に起きた変異であり、正常なリプレッサーがつくれない。
②変異Xはオペレーターに起きた変異であり、そのオペレーターにリプレッサーが結合できない。

答え：②（①ならば、正常なリプレッサーをつくる調節遺伝子を別に導入すれば、そのリプレッサーがオペレーター[リプレッサーが結合するＤＮＡ領域]に結合し、ラクトース分解酵素の発現を止めるはずである。②のように、オペレーター[リプレッサーが結合するＤＮＡ領域]に変異がある場合は、今回のように、新しい正常なリプレッサーをつくる調節遺伝子を導入しても、それがくっつく場所が壊れているので、意味がない。リプレッサーは壊れたオペレーターにくっつくことができず、ラクトース分解酵素がずっと発現しっぱなしになってしまう）



#遺伝子
#オペロン説
#高校生物

オペロン説②（ラクトースオペロン）　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
DNAにおける特定の塩基配列の出現頻度について講義します。

●回文配列でない制限酵素認識配列もある。しかし、一部の私大では、それを自分で判断して無視しなければ解けない問題もある。最悪の悪問だがしかたない。リード文から意図を読み判断するしかない。
●どうして制限酵素認識配列がふつう回文配列になっているのかは、色々説がある。もしかしたら、間違って余計な配列を認識しないように、認識配列の出現頻度を下げているのかもしれない（細菌は、自分のDNAはメチル化させて侵入したウイルスと区別し、制限酵素による切断を避けているが、それでも、認識配列が多数あったら、メチル化をたくさんしておかなければならず、面倒である）。
●たとえば、4の4乗塩基対のDNAがあったとする。その塩基配列にこの動画のQ 1の配列は何箇所あるだろうか？

せっかくなので、この説明欄では、この動画とは視点を変えて、上の鎖と下の鎖を別々に見ていくやり方で考えてみよう。

4の4乗塩基「対」あるということは、上の鎖には4の4乗塩基、下の鎖にも4の4乗塩基あるということになる。

上の鎖にはAAACは何箇所あるだろう？
（以降、左側を5’とする）

AAACの並びが現れる確率は4の4乗分の１だから、
4の4乗分の１　× 　 4の4乗塩基　
＝１
で、
上の鎖にはAAACは一箇所存在することになる。

下の鎖には、AAACは何箇所あるだろうか。（5'を左側とする）
同じ計算式により、同様に、下の鎖でも一箇所のAAACがあることがわかる。

したがって、4の4乗塩基「対」のDNAには、問題に示された配列は、二箇所存在することになる。

●たとえば、4の６乗塩基対のDNAがあったとする。その塩基配列にこの動画のQ ２の配列は何箇所あるだろうか？

上の鎖（４の6乗個の塩基が並んでいる）にGAATTCが出現する確率は、（左側を5'とする）
4の6乗分の１である。だから、上の鎖にはGAATTCは一箇所ある。・・・★

下の鎖でも、4の6乗分の１の確率で同じGAATTCの配列が現れる。
しかし、下の鎖に存在するGAATTCは、先程、（★）上の鎖で数えた場所と一致している！（これは回文配列だからである。）

なので、結局、この二本鎖DNAには、問題の配列は、一箇所しかないことになる。

#制限酵素
#高校生物
#DNA

塩基配列の出現確率・制限酵素の認識配列　高校生物発展

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
RNA干渉とCRISPRについて解説します。

問題：以下の文章の空欄を、この動画中に使われていた用語を使って埋めよ。ただし、①は「ダ」から、②は「ア」からはじまる用語である。
「真核生物において、RNA干渉は、ウイルスなどのつくる２本鎖RNAの撃退にも使われている。細胞内にウイルス由来の２本鎖RNAが存在すると、（①）が引き寄せられ、２本鎖RNAを切断する。そうしてできた短いRNA断片をsiRNAという。その後、siRNAが（②）などのタンパク質と結合し、RISCが形成される。RISCは、siRNAのガイドによって、ウイルス由来の２本鎖RNAに導かれ、（②）がこれを切断・破壊する。このように、細胞はウイルス由来の２本鎖RNAをRNA干渉のしくみを使って破壊している。」

答え：①ダイサー　②アルゴノート
＊ウイルスの生活環の中で、一時的に２本鎖RNAが生じることが多い。
＊RNA干渉は、もともと、実験的に二本鎖RNAを導入し、相補的mRNAの配列特異的な分解を引き起こす機構を指す語であった。しかし、近年では、RNA干渉の語は、細胞自身のゲノムにコードされているmiRNA（マイクロRNA[microRNA]）による遺伝子発現阻害を含めた意味でよく使われている。むしろ、二本鎖RNAの導入が、miRNAによる遺伝子発現調節（RNA干渉）を惹起したと捉えるのが普通である。
＊アルゴノートとは、もともとは、ギリシャ神話において黄金の羊毛を探しに出航したアルゴ船の船員のこと。


●RNA干渉（RNAiと略記）：二本鎖RNAによって配列特異的にｍRNAが分解される、あるいは翻訳が抑制される結果、遺伝子発現が抑制される現象。真核生物に広く見られる。
●CRISPR（くりすぱー）系：細菌が短い非翻訳RNA分子を用いて行う防御機構。外来ウイルスゲノムを探し、破壊する（ウイルスが細菌に感染すると、細菌は、ウイルスDNA断片を自身のゲノムに組み込む。組み込まれたDNAを鋳型として作られたRNAが、再度侵入してきたウイルスの破壊に働く）。細菌のCRISPR系を用いた免疫についてはまだわかっていないことが多いが、この現象を利用して、DNA上の好きな配列を切断する技術が発明された（ゲノム編集）。
●ヒトでは、タンパク質をコードする遺伝子の５０％近くが、RNAによる発現調節を受けているとも言われている。
●動画のようなRNA干渉で用いられる短いRNA鎖をmiRNA（マイクロRNA[microRNA]）という。このほかにも、siRNA（低分子干渉RNA）というRNAがガイド役として使われることもある。
●siRNAはmRNAの選択的分解の誘導により翻訳を阻害したり、クロマチン構造の凝集によって転写を抑制したりする。
●miRNAとsiRNAは、その前駆体により区別される。miRNAが前駆体RNAのヘアピン構造の１つから生成されるのに対して、siRNAはもっと長い二本鎖RNAから多数生じることがわかっている（たまに、miRNAとsiRNAの違いを「自然に細胞で生じるのがmiRNAで、ウイルスに由来する外来二本鎖RNAから生じるのがsiRNA」とする説明があるが、正確ではなく、siRNAには内在性のものもある。siRNAの作られ方は、主に次の3種類がある。いずれも二本鎖RNAができてから、それらがダイサーにより切断されることでsiRNAが生じる。１つ目は、DNAのある領域で逆方向にRNAが転写されるもので、生じたRNAが結合して２本鎖になる。２つ目は、それぞれの鎖に重複した配列があり、それを逆向きに転写するもので、やはり転写産物が結合して２本鎖になる。また、回文配列から転写産物が生じると、１本のRNA内で塩基対形成が成され、部分的に二本鎖のRNAができる。３つ目は、ウイルスや転移因子によって細胞内に二本鎖RNAが生じる場合である。いずれにしろ、高校生はまったく覚える必要はない）。このように、siRNAはクロマチンの再編にも関わっていると考えられている。
●ある種の酵母では、酵母自身が生産するsiRNAが、動原体のヘテロクロマチン（高度に凝縮されている）の形成に必要であることが分かっている。
●さらに、生殖系列の細胞で特異的に作られるpiRNAもある（トランスポゾン遺伝子を転写レベルで抑制することで、生殖系列の細胞を守っていると考えられている）。
●多くの植物では、miRNAと標的ｍRNAは広域で結合し、アルゴノートがｍRNAを切断することで急速なｍRNA分解を促している。
●多くの哺乳類では、miRNAは標的ｍRNAと狭い領域のみで結合し、急速に翻訳を抑制させている。この場合も、mRNAはやがて分解される（mRNAは不安定になり、Ｐ―体[P-body。細胞質にある粒子様の構造で、RNA代謝の場となっている]に移行して、やがて分解される）。
●ゼブラフィッシュでは、母性ｍRNAの排除にmiRNAが関わっていることがわかっている（母性因子の一斉処分）。
●RNA干渉は、ウイルスなどの外来DNAや、トランスポゾン（移動する遺伝子）に対する防御機構だったようである。今では、正常な発生を含め、様々な生命現象に関わっている。
●動画中の図では省略しているが、細菌のDNAは環状である。念のため。
●miRNAやsiRNAなど、タンパク質をコードしていないRNAをncRNA（ノンコーディングRNA）という。
●RISCは、RNA-induced silencing complex（RNA誘導サイレンシング複合体）の略。RISCを形成したmiRNAは、標的ｍRNAの非翻訳領域に結合し、ｍRNAのポリAテールの分解と、それによるｍRNAの分解を促進したり、ｍRNAのキャップ構造と相互作用して翻訳開始を阻害したりすると考えられている。
●miRNAなどによるRNA干渉とCRISPR系は似ているが、決定的に異なる点が２つある。
①RNA干渉では主に１本鎖RNAが標的だが、CRISPR系は２本鎖DNAが標的である。
②RNA干渉とは異なり、CRISPR系では、遺伝情報のCRISPR座位への取り込みが起こる。
●ゲノム編集には、よくCRISPR/Cas9系（クリスパーキャスナインけい）が使われる。動画で見たように、この系を用いて決まった位置でDNAの2本鎖を切断させる。それで遺伝子を壊すこともできるし、少し難しいが、遺伝子をノックインすることもできる。DNAを切断された細胞は、その修復に、われわれが導入した遺伝子断片を使うことが多い。細胞は、壊れた（切られた）領域の修復に、我々が注入したDNA断片を参照するのである。結果、狙った位置に、我々が導入した遺伝子が組み込まれることになる。この組み込みの仕組みを、相同組換えという。
●RNA干渉とCRISPR系は似ている所があるが、進化的なつながりは完全には明らかになっていない。真核生物は、多細胞化に伴って、CRISPR系のような「細胞を守る」免疫システムから、インターフェロン（ウイルス感染などにより誘発されて宿主細胞が生産するウイルス増殖抑制タンパク質）などを用いた「個体を守る」免疫システムに切り替えていった可能性がある。
●RNA干渉を発見したアンドリュー・ファイアーとクレイグ・メローは2006年に、miRNAを発見したビクター・アンブロスとゲイリー・ラブカンは2024年に、ノーベル生理学・医学賞を受賞している。

0:00 RNA干渉
0:17 遺伝子発現の調節
1:05 RNA干渉（登場する物質の紹介）
1:50 RNA干渉（詳細）
3:07 CRISPR系
6:18 CRISPR系の利用

#RNAi
#RNA干渉
#CRISPR
#高校生物
#生物学

RNA干渉(RNAi)・CRISPR系　高校生物発展

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
三毛猫とX染色体の不活性化について解説します。私大でよく問われますが、センター試験や東大でも扱われたテーマです。

問題１：　1:28 のスライドで、白ぶちのある（白い部分のある）猫はオスとメスのどちらか。ただし、遺伝子Sはｓに対して優性で、遺伝子型ＳＳやＳｓの個体は、一部の毛が白色になる。
答え：メス（遺伝子型Ssは白い部分をもつ）

問題２：猫において、遺伝子Sはｓに対して優性で、遺伝子型ＳＳやＳｓの個体は、一部の毛が白色になる。また、遺伝子ＯとoはＸ染色体上にあり、Ｏは毛の色を茶色に、oは毛の色を黒色にする。さて、三毛猫の遺伝子型をすべて答えよ。
答え：ＯｏＳＳ、ＯｏＳｓ

問題３：雄の三毛猫は、染色体の数に変化が起きていると考えられる。雄の三毛猫の染色体構成について、考えられることを述べよ。
答え：Ｘ染色体を２本、Ｙ染色体を１本持っていると考えられる。


●三毛猫について
（１）常染色体上の遺伝子
遺伝子型ＳＳ、Ｓｓの時→白斑が生じる。
遺伝子型ssの時→白斑が生じない。
（２）Ｘ染色体上の遺伝子
遺伝子O：茶色の部分が生じる。
遺伝子o：黒色の部分が生じる。
＊メス（X染色体を２本持つ）で、遺伝子型Ｏoのとき、つまりＸ染色体のうちの１本にＯが、もう１本にoがあるとき→茶色の部分と黒色の部分が生じる。
・哺乳類では、Ｘ染色体は、どちらか１本が細胞ごとにランダムに選ばれ不活化（X染色体の不活性化）されるので、細胞ごとに発現する遺伝子がＯかoになる（どちらが発現するかはランダムである）。
＊哺乳類のメスでは、細胞数がある程度増えたところで、２本あるX染色体のうち１つがランダムに不活性化される。
＊遺伝子型Ooにおいて、OがあるX染色体が不活性化された場合黒色になり、oがあるX染色体が不活性化された場合茶色になる。どちらのX染色体が不活性化されるかは、細胞ごとにランダムである（よって、遺伝子型Ooの雌猫の体には、黒色の部分と茶色の部分ができる）。
・よって、雌の三毛猫の遺伝子型は　SSOo、SsOo　である。
＊オス（XY）はX染色体を１本しか持たないので、Oかoどちらか１個しか持てない（雄の持つY染色体にはO等の遺伝子は無く、全然別の遺伝子のセットが乗っている）。Oが乗ったX染色体と、oが乗ったX染色体をもち、そのどちらかが細胞ごとにランダムに不活性化されることで、茶色の部分と黒色の部分の両方もつ猫になる。なので、ふつう、X染色体を１本しかもたないオス猫は、茶色と黒色の細胞を同時に持てないことになる。
＊三毛猫のオスは、例えばXXYのような染色体構成（X染色体を２本もつ）になっている（なので非常に珍しい）。


●実際は話はもう少し複雑である（高校生はこれから話す話はまったく気にする必要はない）。上記の三毛猫の動画について（高校生はこれから話す話はまったく気にする必要はない）。
アグチ遺伝子という遺伝子がネズミや他の動物で発見されている。
毛をアグチパターン（毛の根本から、黒、茶、黒と色を並べる）にする遺伝子である。
ネコのアグチ遺伝子はまだ明らかになっていないが、猫にも毛をアグチパターンにする遺伝子があると考えられている。
このアグチ遺伝子をAとする（劣性の対立遺伝子をａとする）と、 Aが優性で、遺伝子型A A、 Aａの猫は、アグチパターンの毛を持つ野生型の色になる（キジネコと呼ばれる）。
この遺伝子がａａだと、アグチパターンにならず、黒色になる。全身真っ黒の黒猫はアグチ遺伝子について遺伝子型がａ ａである。

さて、それとは別に、X染色体上に茶色遺伝子（Oと略される。オレンジのOである）がある。この遺伝子はメラニンの生成に関わっているとされ、この茶色遺伝子を一個でも持つと、毛が茶色になる。oは黒色にする遺伝子というより、毛を茶色にせず、アグチ遺伝子の支配する形質をそのまま表に出している遺伝子なのである。

AAまたはAaとOoの組み合わせの時は、キジと茶の二毛になり、aaとOoの組み合わせの時は、黒と茶の二毛になる。

これにさらにSが組み合わさると、スポット、すなわち白が混じり、三毛猫になる。

つまり、三毛猫になるには、遺伝子型O oであること、優性変異型遺伝子S（スポットのS。白いスポットができる）を持つことが必要である。
他にも様々な遺伝子が猫の毛色を規定しているが、まだ未解明な部分が多い。
●X染色体上にある遺伝子の発現量を、オスとメスで揃えるために、生物種ごとに様々な遺伝子量補償（dosage compensation）機構がある。哺乳類では今回見たようなX染色体の不活化が起きる。ショウジョウバエではオス（XY）のX染色体の転写効率がメスの２倍になる。センチュウでは、雌雄同体（XX）の２本のX染色体の発現量をそれぞれオス（XO）の半分に抑制している。
●XXXYYに性染色体をもつ哺乳類でも生存可能である。Y染色体についてはごくわずかの遺伝子しかもっていないから問題はない。そして、X染色体の数がどうであろうと、１本以外を除いて、残りのX染色体は不活性化を受ける。よってXXXYYでも生存可能である。
●遺伝子量補正は、そもそもY染色体に活性化した遺伝子数がほとんどないために必要になる。もし、Y染色体にX染色体と同等の遺伝子が並んでいれば、X染色体の不活化による遺伝子量補正などという面倒な仕組みは必要なくなる。Y染色体は、もともとX染色体と同じものであったが、進化の過程で徐々に遺伝子の大部分を失ってしまったと考えられている。なぜ、そんなことが起こり、そのために遺伝子量補正の仕組みが必要になったのか、まだ明らかでない。
●XY型の性決定様式をもつ哺乳類のメス（性染色体をXXに持つ）では、胚発生の初期に、各々の細胞においてランダムにX染色体の１本が不活性化される（この「ランダムに不活性化する」というしくみは哺乳類に独自に進化してきたしくみである。ただし、有袋類は、父由来のX染色体が選択的に不活性化されることが知られている）。
●X染色体の不活性化は、発見者の名前（Mary F. Lyon：イギリスの遺伝学者）の名をとりライオニゼーションとも呼ばれる。ヒトを含む多くの哺乳類では、複数のX染色体を持つ個体でも、機能的に活性化されているのは１本だけで、残りのX染色体は不活性化され、異常に凝集している（異常凝集した不活化されたX染色体は、M.L.BarrとE.G.Bertrumによってネコの神経細胞核で発見されたので、「バー小体」と呼ばれる。当然男子には見られない）。哺乳類ではおよそ数十個から数百個に細胞が増えた段階でX染色体の不活性化が細胞ごとにランダムに起こる。確定はしていないが、ネコの場合は２０個程度に増えた段階で起こると考えられている（ヒトの場合は胚の細胞数が５００～１０００個の時と考えられている）。
●不活性化はランダムに起きる。この説は、やはりライオン（上述したメアリー・ライオン）が提唱したのでライオン仮説と呼ばれる。
●いったん不活性化したX染色体はその後の細胞分裂を通して維持されるが、生殖系列の細胞では再活性化されると考えられている。
●X染色体から転写されるXist RNAによって不活性化が引き起こされると考えられている。不活性化したX染色体には、Xist RNAが付着し（X染色体をコーティングし不活性化していく）、さらに様々なタンパク質が結合していく。
●S遺伝子が体に白斑をつくるしくみについては、まだ完全に解明されていない。SsよりSSの方が、白斑の範囲が広いようである。その白いエリアの広がり方は様々で、まだわかっていない他の遺伝子によって影響されるらしい。別の動物ではkitという遺伝子が関係しているようだが、ネコについてははっきりしていない。
●色素細胞は、神経管と表皮の間に生じる神経冠細胞（神経堤細胞）から分化する。色素細胞は、数を増やしながら全身に広がっていく。色素細胞は表皮に沿って移動し、１本１本の毛の付け根に入り込んで、メラニン色素を合成して毛に分泌する。遺伝子Ｓを持つ個体の体の白い部分が、腹や手足の先に特に多いのは、色素細胞が背側から移動するため、移動が抑制され、腹や手足の先には届かなくなるからだと考えられている。
●ヒトでは、２２組ある常染色体のうち、２１番染色体以外のどれか１つでも３本になると、胎児はほとんど生き延びることはできない（その過剰染色体は染色体の不分離現象に基づくとされる）。３本の相同染色体を持つ状態をトリソミー（三染色体性）という。
●クローン猫の毛の模様が、クローンのもととなった猫の毛の模様と異なるのは、「色素細胞の移動がランダムであること」と、「X染色体の不活性化がランダムに起こること」が原因であると考えられている。
●猫の毛色の決まり方は、未解明な部分があり、もっと複雑ですが、この講義は大学入試問題等に基づいています。
●人の社会的な性に関する議論はしていません（生物学的に扱う動物としてのヒトについて議論をしています）。

0:00 三毛猫（白・茶・黒色の毛をもつ猫）
00:13 猫の細胞
01:28 白色をつくる遺伝子
03:13 茶色・黒色をつくる遺伝子
08:37 オスの三毛猫がいない理由
10:26 X染色体の不活性化の意義（遺伝子発現量補正）

#生物
#高校生物
#三毛猫

三毛猫とX染色体の不活性化　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】
遺伝子組換え（組換えDNA実験）における、DNAの組み込まれる向きについて講義します。最近増えてきたテーマで、難問になりやすいです。

＊塩基配列の出現確率・制限酵素の認識配列についての講義はこちら↓
   • 塩基配列の出現確率・制限酵素の認識配列　高校生物発展  

＊遺伝子組換えについての講義はこちら↓
   • 遺伝子組換え（制限酵素・DNAリガーゼ）　高校生物  

＊動画では、たとえば、プラスミド側にプロモーター（転写を開始させる場所。遺伝子を文章にたとえるならプロモーターは「ここから読み始めなさい」という目印）がある場合について解説している（すなわち、今回使用するプラスミドは、DNA断片の挿入部位に隣接してプロモーターを持っているものとする。覚えなくてよいが、このようなベクターは発現ベクターと呼ばれる）。
この場合、プロモーターの位置が決まっているので、組み込んだDNAがどちら側から転写されるかで、できる産物が変わってきてしまう（組み込むDNAの向きが重要になる）。
なお、動画では遺伝子が逆向きに組み込まれ、読まれることを、小説を逆から読むことにたとえているが、二本鎖のDNAが逆向きに繋がった場合、本来読まれるはずのなかった鎖（センス鎖、非鋳型鎖）が鋳型鎖（アンチセンス鎖）となって、読まれる（転写される）ことになる（2本の鎖を、上の鎖と下の鎖と表現すれば、DNAが逆向きに繋がる際、下の鎖が上に来て、上の鎖が下に来ることになる）。つまり、遺伝子が逆向きに組み込まれたとすると（そしてプラスミドにプロモーターがあるとすると）非鋳型鎖が鋳型鎖になってしまうのである。
転写の方向性についての講義はこちら↓
   • 転写と翻訳の方向性【セントラルドグマ】　高校生物  


問題：ある生物Xの遺伝子Xを大腸菌に組み込む遺伝子組換え実験を行った。
生物XのDNAから、遺伝子Xの配列を１種類の制限酵素で切り出し、同じ制限酵素でベクターとして使うプラスミドも切断した。
その後DNAリガーゼを用いてプラスミドに遺伝子Xを繋いだ。
しかし、別の実験でできた産物の塩基配列を調べてみたところ、プラスミドに遺伝子Xが逆向きに組み込まれてしまっていた。
どのような工夫をすれば、プラスミドに逆向きにDNA断片が組み込まれてしまうことを防げるか。
答え：2種類の制限酵素を使い、DNAの両端に異なる塩基配列が突出するようにする。
解説：遺伝子には決まった方向性がある（「開始コドンのある方ー終止コドンのある方」という方向性がある）。遺伝子（DNA断片）をプラスミドに組み込む際は、方向性にも注意する。
１種類の制限酵素で組み込みたいDNA断片とプラスミドを切った場合、（DNA断片の両末端の切り口[突出した部分の塩基配列]、そしてプラスミドを切ったところの切り口が同じなので）DNA断片が逆向きに組み込まれてしまう可能性がある。面倒だが、２種類の制限酵素を使って、DNA断片の両端の塩基配列を変えれば（そしてプラスミドもその２種類の制限酵素で処理し、切り口をDNA断片が特定の向きに入るようにすれば）、このような失敗はなくなる。

●　切り口が突出しない末端（覚えなくてよいが、平滑末端という）になる制限酵素もある（たとえばEcoRⅤ[えこあーるふぁいぶ]という制限酵素）。平滑末端の場合は、どのような平滑末端とも繋がる（そのため、意図しない平滑末端と繋がってしまうことも多い。また、一般に、平滑末端同士は、突出した末端[粘着末端、突出末端と呼ばれる]に比べて、結合する効率が悪い）。
●　遺伝子組換えの際、DNAの切り出しに１種類の酵素しか使わない場合、ベクターに組み込もうとするDNA断片（今回で言うと赤いDNA。大学ではインサートと呼ぶ）同士が結合してしまうこともある。


＊最後の余談で、制限酵素の認識配列を比較しているが、ふつう塩基配列が同じかどうか確認する時は、3'-5'の方向に気を付けて、塩基配列をひっくり返してみることが大切である。ただ、今回のように制限酵素の認識配列を確認する場合は、ほとんどの場合回文配列になっているから（制限酵素の認識配列は、ひっくり返しても同じ配列になっているから）、簡単に確認できる（いちいちひっくり返す必要はない）。


#高校生物 
#バイオテクノロジー 
#遺伝子組換え

組み込まれるDNAの向き【遺伝子組換え】　高校生物発展

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
ガードン教授の核移植実験（ガードン教授は山中教授と同時ノーベル賞受賞）について講義します。クローン生物の作り方です。
語呂「かっくいーガード、全て良い弟子（核移植実験をしたガードン、ほぼ全ての細胞に全ての遺伝子があることを証明した）」語呂になってませんね。すみません。

●山中伸弥教授とジョン・ガードン博士は、2012年、ノーベル医学・生理学賞を同時に受賞した。
●ガードンの実験：
①　白化個体（アルビノ）の上皮細胞（分化した細胞）の核を、別の黒色個体（野生型）の未受精卵に移植した（黒色個体の未受精卵の核は、あらかじめ壊しておいた）。
②　結果、核移植を受けた未受精卵の一部は、完全な個体にまで成長した（白化個体が生じたことから、移植された核の遺伝情報が発現し、発生が起こったことがわかる）。
この実験から、上皮細胞（分化した細胞）の核の中にも個体に必要なすべての遺伝子が揃っていることがわかった。
●1997年にはクローンヒツジのドリーが誕生した。技術的には、ヒトのクローンも作製できるだろうと考えられている。ただし、倫理的な問題から、禁止されている。
●ウィルムットは、クローン羊のドリーを作製した。
①ヒツジの乳腺細胞を低栄養条件で培養した（ふつうは１０％のウシ血清を用いる。この時は０．５％のウシ血清が用いられた）。飢餓状態になった細胞は、細胞周期を停止する（細胞はG０期という細胞周期に誘導される。G０期は、最小限の転写のみが起こる静止状態である。どうしてG０期に誘導する必要があるのかについては、まだ完全には解明されていない）。
②①の細胞を、あらかじめ核を除去しておいた卵母細胞（減数分裂第二分裂中期で停止している）と融合させることで、核移植を達成した。
③②を胚盤胞期まで発生させたところで、第三のヒツジ（仮母）の子宮に移植した。そして、クローン羊「ドリー」が誕生した（乳腺細胞の供与体と遺伝的に同一な子羊、ドリーが誕生した）。
＊ドリーは、乳腺細胞の供与者（ドナー）であるヒツジと遺伝的に同一の核ゲノムを持っている。しかし、ミトコンドリアゲノムが異なる。これはドリーが、除核した未受精卵の細胞のミトコンドリアDNAを受け継いでいるからである。
＊上記のヒツジでの成功の後、マウス、ラット、ネコ、イヌ、ウマ、ラバ、ウシなど、様々な哺乳類のクローンが同様の方法（核移植法）によって作製された。
＊最初のクローン作製戦略（ウィルムットらによる）では、核移植は細胞融合によって行われたが、現在では、ドナー細胞から核を単離して、単離した核を卵母細胞にマイクロインジェクション（顕微注入）する方法などがとられている。
＊２００３年２月、ドリーは６歳７か月で死んだ（当時、朝のニュースで報道されていたのを今も覚えている）。ヒツジの寿命は１１～１２歳なので、やや短命である。ドリーは、老齢のヒツジに見られる肺炎の合併症に苦しみ、安楽死させられた。ドリーの早すぎる死と関節炎の状態から、ドリーの細胞は正常なヒツジの細胞と比べて、健康的ではなかったという意見がある。これは、最初に移植された核の再プログラム化が不完全であったことが原因であるとも言われている。
●卵細胞内には、分化した細胞の核を初期化することのできる因子が存在した。その因子の追及の過程でできたのがiPS細胞である。卵細胞で発現している（スイッチがオンになっている）遺伝子に注目することから研究が始まり、ついには分化した細胞に多能性（いろいろな種類の細胞に分化できる能力）を獲得させることに成功した。そうして作成された細胞がiPS細胞(induced pluripotent stem cell)である（「再生し機能を回復させる」という、再生医療の道を切り開いた）。

問題：誤った文章を１つ選べ。
①ほぼすべての体細胞には同じ数の遺伝子が含まれている。
②体細胞は、ほとんどすべての遺伝子を失い、必要な遺伝子しかもっていない。
③分化した（特定の機能や形態を持った）体細胞では、多数の遺伝子のうち特定の遺伝子だけが発現している。たとえば筋細胞ではアクチン遺伝子が発現している。
答え：②（③は正しい。水晶体になる細胞ではクリスタリン遺伝子が発現する。このように、ふつう細胞では特定の遺伝子が選ばれて発現する。「ある特定の遺伝子が選ばれて発現すること」を「選択的遺伝子発現」という。たまに問われる。①の例外はB細胞やT細胞である。これらのリンパ球は遺伝子の再編成によってゲノムを改変している。）

問題（発展）：人の細胞はすべて同じ遺伝子を持っているが、例外がある。何か。
答え：人の成熟した赤血球には核がない。また、人のリンパ球（Ｂ細胞やＴ細胞）は、遺伝子の再編成が起きている（→利根川進が発見した遺伝子の再編成を参照）ので、他の細胞と一部ＤＮＡが異なる（一部が切り取られつなぎ合わされている）。


 
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ガードンによる核移植実験【クローンの作製】　高校生物基礎

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
真核生物の翻訳 ・リボソーム・タンパク質の合成について講義します。
「本屋はそもそも淡白（翻訳、リボソームがタンパク質合成）」
わけわからん語呂ですね。すみません。正直に、『m RNAの塩基配列情報をタンパク質のアミノ酸配列情報に翻訳する』と理解した方が早いです。

●翻訳の流れ（ｍRNAの塩基配列情報をタンパク質のアミノ酸配列情報に『翻訳』する）
＊スプライシングによって、イントロン部分が除去された（エキソン部分が連結された）ｍRNAのみが核の外へ出ることができる。スプライシングについては後述する。
① mRNAにリボソーム（タンパク質合成の場）が付着する。
＊AUGが開始コドンである。開始コドンとなるAUGからアミノ酸の連結が開始される。
② mRNAのコドンに対応するアミノ酸と結合したtRNAが、アンチコドンの部分でmRNAのコドンと結合する。
③tRNAによって運ばれてきたアミノ酸が、伸長中のポリペプチドとペプチド結合する。
＊ポリペプチド鎖のC末端が、ｔRNAに結合したアミノ酸のアミノ基とペプチド結合をつくる（合成されているポリペプチドは、リボソームから遠い方がN末端になっている）。
＊リボソームがmRNAの上を5’→3’方向（語呂「ゴミ方向」）に移動しながら②、③の過程が繰り返され、特定のタンパク質が合成されていく。
⓸リボソームが終止コドンのところまで来たら翻訳終了である（リボソームはｍRNAから離れる）。
終止コドンが翻訳終了を指示している。
●AUGは開始コドンであり、同時に、メチオニンを指示している。メチオニンを指定するだけでなく「ここからタンパク質の合成を始めろ」という暗号にも使われている。長いｍRNA上における、翻訳開始位置の目印になっている（なお、メチオニンを指定するだけのAUGと、開始コドンとして使われるAUGを、リボソームに区別させる仕組みも存在するが、高校生物では習わない）。
語呂「恋は８月（AUGust）に始まる（AUG、開始コドン）」
●　UAA、UGA、UAGは終止コドンである。
語呂「うああ、うあぐ、うがあ（ＵＡＡ、ＵＡＧ、ＵＧＡ）」


問題：リボソームが、ｍＲＮＡの情報通りにアミノ酸をつなげてタンパク質を合成することをなんというか。
答え：翻訳


●1978年、ロンドンに亡命していたブルガリア人ジャーナリスト、マルコフは、当時共産主義国家であったブルガリアに対し批判的な記事を書いていた。ある日彼は通りすがりの男に傘で突かれた。マルコフはその２日後に死亡した。その後、マルコフの脚には小さな弾が撃ち込まれているのが発見された。その弾の中には猛毒リシン（アミノ酸のリシンとは別の物質）が入っていた。リシンはリボソームを不活性化する（リボソームの構成成分であるｒＲＮＡから特定のアデニンを除去することで不活性化する）。
●理系の人のための補講（転写・翻訳の方向性）→http://koukouseibutsuhappy.blogspot.jp/2016/01/blog-post_28.html

●ｍＲＮＡの寿命も厳密に制御されていることがわかっている。ｍＲＮＡは何度も使いまわせるが、寿命があり（キャップやポリＡテールが関係すると考えられています。高校範囲外）、その種類ごとに細胞内での分解速度が異なる。
●DNA→RNA→タンパク質のように情報が『一方向的に』流れるという原則をセントラルドグマという。筆記で聞かれた時は、『一方向的に』というキーワードを入れて答える。
●セントラルドグマは、「中心命題」「中心教義」という意味で、ドグマというのはちょっと宗教っぽい用語である。まあ、「生命に関する非常に重大な原則」みたいなイメージである。DNAの二重らせん構造を発見したクリックが命名した。
なお、余談だが、クリックは、すでにセントラルドグマの例外を予言していた。彼はRNAの塩基配列情報からDNAの塩基配列情報へ情報は流れ得ると考えた。実際、その予言は的中した。RNAを鋳型にDNAを合成する特殊な酵素、『逆転写酵素』が発見されている。なお、現代においても、「一度タンパク質に入った情報はもう外へ出ることはない」というクリックの主張については、例外は見つかっていない。タンパク質のアミノ酸配列情報に翻訳された遺伝子の暗号（塩基配列情報）は、もう出ていかない。アミノ酸配列情報が塩基配列情報に戻る『逆翻訳』は地球に存在しないのである（複数のコドンが同一のアミノ酸を指定していることから、当然であろう）。
●リボソームはｒRNAとタンパク質からなり、膜で包まれていない。ｒＲＮＡの部分に主な触媒活性があるらしいことがわかっている。すなわち、ｒRNAはリボザイム（酵素活性をもつRNA）である。



Ｑ．ｔＲＮＡって何？
A.アミノ酸をリボソームまで運んでくるＲＮＡのこと。「運んでくる」というが、実際には、ｔＲＮＡにはアンチコドンとよばれるｍＲＮＡのコドンと相補的にくっつく３塩基があり、そのアンチコドンと運んでいるアミノ酸が対応している。たくさんの種類のｔＲＮＡがｍＲＮＡにぶつかり（ｔＲＮＡはたくさんの種類があり、それぞれ運んでいるアミノ酸、アンチコドンが違う）、コドンとアンチコドンが対応すれば、そこで一時的にｍＲＮＡとｔＲＮＡが結合する（相補的な塩基同士の水素結合が起こる）。その瞬間を見極めて（どのようにかは研究中）リボソームがアミノ酸同士を結合させる。アミノ酸が長くつながったものがタンパク質である。（ただ、実際は、ｔRNAが正しいアミノ酸をリボソームまで運搬する仕組みは完全には解明されていない）

＊なお、ヒトにおいて、CCCのコドンに対応するアンチコドンは、動画のようなGGGではなく、AGGである。このように、コドンの三文字目の塩基と、アンチコドンの一文字目の塩基の間には、相補的ではない結合が結ばれる場合が多いことが知られている（ゆらぎ仮説）。高校範囲ではないので高校生は気にしなくて良い。
ゆらぎ仮説について:コドンとアンチコドンは、完全な１対１対応をしていない。１つのアミノ酸に２種以上のコドンが対応している場合（たとえばUUUとUUCはどちらもフェニルアラニンを指定している）、しばしば、１種類のtRNAが複数のコドンを認識する。コドンとアンチコドンが結合する際、コドンの3字目(3' 末端)の塩基とアンチコドンの1字目(5' 末端)の塩基との結合には「ゆらぎ」があり、塩基の相補性を無視して結合する（たとえばGーU）ことがある。たとえば3'AAG5'のアンチコドンをもったフェニルアラニンを運ぶtRNAが、２種類のコドン（5'UUU3'、5'UUC3'）に対応することがある。以上のような仮説をゆらぎ仮説といい、すでに実証されている。どのような種類のtRNAをもつか（何種類のアンチコドンを使用しているか）は、生物種によって異なる。

さらにパワーアップしたい人は、原核生物の転写・翻訳について復習しておきましょう。 

#生物基礎
#高校生物基礎
#翻訳

翻訳　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
キメラについてわかりやすく講義します。

問題：複数の異なる遺伝子型の細胞からなる個体を何というか。
答え：キメラ

問題：１人の人のもつ体細胞は基本的にすべて同じゲノムをもつので、人は当然キメラとは言えない。しかし、例外的に、異なるゲノムを持つ体細胞がある。１つ答えよ。
答え：B細胞（遺伝子の再編成により、ゲノムが異なっている）

＊動画の中で相同組換えを「とっかえっこ」と言っているが、実際はそんなに単純な現象ではない。導入したDNAとの間で起こる相同組換えの機構については、わかっていないことも多い。

●哺乳類の胚の細胞は、発生の初期に、内部細胞塊と、それを覆う栄養膜に分かれる。内部細胞塊は胎児に、栄養膜は胎盤になる。たまに問われる。ES細胞は胎盤にはならない（胎盤は栄養膜由来だから）ので、ES細胞は全能性（すべての細胞に分化できる）ではなく多能性（多くの細胞に分化できる）をもつとすることが多い。
●本動画では、『ワトソン遺伝子の分子生物学　第６版』に基づいて講義を行ったが、キメラマウスと野生型のマウスを交配し、遺伝子型A aのヘテロ接合体のマウスを作成することも多い。このヘテロ接合体のマウスを維持していけば、その後ノックアウトマウスを安定して作成できる（ヘテロ接合体[遺伝子型Aa]のマウス同士の交配により、4分の1の確率で遺伝子型aaのマウスを得ることができる）。
または、作製したキメラマウスと野生型マウスを交配し、生殖細胞が組換えＥＳ細胞由来の細胞により形成されているかどうかを確認（生じた子の細胞をPCRにかけて遺伝子aを持つか調べる）し、生殖細胞が組換えＥＳ細胞由来の細胞により形成されていることが確認されたマウス同士を交配し、得られた子の中からノックアウトマウスを選別することもできる（キメラマウスを野生型のマウスと交配し、次世代個体にES細胞由来の毛色が現れるかどうかを調べることによっても、ES細胞がキメラマウスの生殖系列へ導入したことを確認することができる。また、生まれてきたマウスの尾部の細胞からDNAを採取し、PCRにかけることによっても、そのマウスの遺伝子型を確認することができる。）
●キメラは、ギリシャ神話に登場する頭がライオンで体がヤギ、尾がヘビである動物「キメラ」に由来する。
● 相同組換えの発生頻度は、非相同組換え（全然関係ないなところに遺伝子が挿入されてしまう）の1000分の1以下と低いが、あらかじめ特別な配列を挿入しておくことで、現在では相同組換え体を効率よく選別する技術が確立されている。
また、クリスパー系を用いて、特定の位置で鎖を切断し、相同組換えを誘導する方法もある。細胞は、その切断の修復に、ES細胞に導入された変異遺伝子を選ぶ確率が高い。正常な遺伝子がクリスパー系によって選択的に破壊され、効率よく変異遺伝子に置き換わっていく。
遺伝子導入をマウス胚盤胞の内部細胞塊由来の胚性幹細胞(ES細胞)で行うことにより、一方の対立遺伝子が改変あるいは破壊されたES細胞が得られ、そのES細胞を胚盤胞に注入することにより効率よくキメラマウスができる。
キメラは生殖細胞の中でも起こる。したがって、キメラマウスどうしの交配により、改変あるいは破壊された対立遺伝子をもつマウス個体が得られる。
●はじめにES細胞を用いているのは、ES細胞が、もともと初期胚から取ってきて樹立した（つくった）細胞だからである。つまり、また初期胚に戻すことで、マウスの発生に参加できる細胞なのである。
●遺伝子を破壊する方法はいろいろある。たとえば、翻訳領域の始まりの方を少し削除し、フレームシフトを起こさせたり、別な遺伝子（これを薬剤耐性遺伝子にすれば、あとで選別に使える）を途中に割り込ませて標的遺伝子を分断したりすることが多い。
●意図した遺伝子導入がなされているかどうかは、その遺伝子に特異的な配列に結合するプライマーを用いたPCRを行うことによって、判別することができる。
●注意:　動物を使った実験は、様々な倫理的な法を守ることが最重要である。（今回、世界的な教科書に合わせてノックアウトマウスの作成という言い方をしたが、本来、作成という言葉は不適切である。当たり前だが、生物は製品ではない。）
●目的の遺伝子が二個とも完全に不活性化されたり、失われたりした場合、生じたマウスをノックアウトマウスとよぶ。
たとえば、機能未知の遺伝子をノックアウトした時に、発生過程で羽が無くなったら、その遺伝子は羽を作ることに関係していたのかもしれない、といったふうに研究を進める。（当然こんなに話は単純ではない。実際は、ある遺伝子をノックアウトしても、他の遺伝子がその機能をバックアップするなんてこともある。つまり、同じ機能をもつ複数の遺伝子が存在する。また、羽ができなくなったといっても、様々な形質発現のステップの、どこにその遺伝子が関与していたのかわからない。少しずつ研究を進めていくしかない）
● トランスジェニック生物の定義は様々だが、まずは、「外来遺伝子が導入された生物」と捉えておけばよい。（「単離した遺伝子を胚的な細胞に注入したとき、その遺伝子を新たに染色体に組み込んだ生物個体のこと」を指すことも多い。少し狭い意味だが。）
●胚性幹細胞　ハイセイカンサイボウ（embryonic stem cell　ES細胞）とは？
生殖細胞を含む種々の細胞に分化できる細胞のこと。最近では種々の哺乳動物で樹立可能になってきたが、最初はマウスの胚盤胞（カエルの胞胚くらいの時期の胚）の内部細胞塊（胚の内部にあるたくさんの細胞の塊。やがて体になっていく）を単離・培養することでつくられた。
内部細胞塊とは栄養膜（＝胎盤になる細胞群。内部細胞塊を包むように存在する）と分かれた細胞集団であり、胚盤胞の内側に位置し、将来胎仔本体となる全能性（どんな細胞にも分化できる性質という意味。後述するが、ES細胞は多能性とすることもある）の細胞である。
内部細胞塊は胚盤胞から取りだされても適切な環境で培養することによって、未分化状態を保ったまま増殖維持可能である。こうして培養された全能性をもつ細胞がES細胞である。
ES細胞は、動画のように、別のマウスの胚盤胞に注入して偽妊娠マウスに移植すると、生殖細胞を含むすべての組織に分化し、キメラマウスとして発育しうる。
（ES細胞は胎盤には分化しないので、全能性ではなく多能性をもつ、ということがある。南山堂医学大辞典にあわせて解説している。）
●ヒトES細胞の作成には、ヒトの胚を使うという倫理的な問題が指摘されている。また、ヒトES細胞から作成した臓器を患者さんに移植すると、拒絶反応が起きてしまう（それはそうである。ES細胞は、もともと他人の赤ちゃんになるはずだった細胞と見ることもできる。他人の臓器を、何の工夫もなしに移植すると拒絶反応が起きる）。
対して、iPS細胞＝人工多能性幹細胞は、患者自身の細胞にいくつかの遺伝子を導入することで多能性を獲得させた細胞である（山中伸弥教授は、いくつかの遺伝子を、既に分化してしまった体細胞に導入することで、まるで受精卵のような性質、どんな細胞にも分化し得る性質を獲得させた）。iPS細胞から作った臓器なら、拒絶反応の心配はない。患者自身の細胞由来の臓器だからである。
●相同組換えとは？
似たDNA塩基配列間の交換反応を指す。その効率は、相同性の割合や、相同な領域の長さに依存する。高度な配列の相同性が相同組換えを促進することが知られている。
相同組換えは配偶子形成における減数分裂時にも起こる。また、化学物質や放射線によりDNA二重鎖切断が引き起こされた場合にも起こり得える（二本鎖切断は相同組換えによって修復されることがある。組換えに関わる様々なタンパク質が、近くにある相同な無傷のDNAを利用して修復を行う。この修復は、自然条件下では、多くの場合DNAの複製直後、２つの娘DNAが近くにある時に行われる）ことも知られている（相同組換えの詳しい過程は複雑なので、大学で学んでほしい）。
相同組換えを利用して、標的遺伝子を目的の遺伝子に置き換えることができる（標的遺伝子と相同な部分をもつDNAを細胞に導入した場合、外来DNAがゲノムに取り込まれる。組換えは、DNAを切断するエンドヌクレアーゼや、DNAリガーゼなどの酵素によって進行する）。
相同組換えの仕組みについては、完全には解明されていない。

#生物
#キメラ
#ES細胞
#バイオテクノロジー

キメラマウスを利用したノックアウトマウスの作り方　高校生物発展

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
放射性チミジンを用いた細胞周期に関する実験についてわかりやすく講義します。

前回までの講義はこちらです。
①
   • 放射性チミジンを用いた細胞周期の追跡①/③　高校生物基礎発展  
②
   • 放射性チミジンを用いた細胞周期の追跡②/③　高校生物基礎発展  

追加問題（動画を③まで見てから解いてください）
（３）標識してから１２時間後、標識されたM期の細胞の割合が100%から減り始めた。
S期の長さを求めよ。

解説・答え
（１）で見たように、標識されてから五時間後に、標識時S期の先頭にいた細胞（＝S期の終わりにいた細胞）がM期に入った。
標識してから十二時間後、標識されたM期の細胞の割合が100%から減り始めた。
どうして減り始めたのかというと、標識時、S期の最後尾の細胞（＝標識時にS期に入ったばっかりだった細胞）がM期に入ったからである（この次にM期に入る細胞は標識されていない）。
S期の先頭にいた細胞がM期に入ったのが、（２）の動画で見たように五時間後。
S期の最後尾にいた細胞がM期に入ったのが十二時間後（この後、S期にまだ入っていなかったので標識されなかった細胞が後に続くので、標識されたM期の細胞の割合が100%から減り始める）。
S期の長さは、先頭の細胞がM期に突入した時間と、最後尾の細胞がM期に突入した時間との時差である。したがって、12-5=7時間がS期の長さである。
答え:7時間

（４）細胞周期全体の長さが１９時間であった。G 1期の長さを求めよ。

解説・答え
今まで求めた時期の時間を細胞周期全体にかかる時間から引けばよい。
19-5-3-7=4
答え:４時間

noteに簡単な図があります。
https://note.com/yaguchihappy/n/n191308c58e3d#deb4f9ec-2909-4d68-87b1-349da5256d31



#体細胞分裂
#生物基礎
#細胞周期

放射性チミジンを用いた細胞周期の追跡③/③　高校生物基礎発展

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
染色体・DNA・遺伝子・ゲノムについて講義します。
問題：ゲノムには、非遺伝子領域を（①含む　②含まない）。
答え：①含む
*非遺伝子領域もゲノムに含むことに注意しよう。

問題：ヒトのゲノムに含まれる遺伝子数と、ヒトのゲノムサイズに近い値を、それぞれ選べ。
①２００００個　　②３０億塩基対　　③４６本　　④６０兆個
答え：遺伝子数：①　　ゲノムサイズ：②

問題：人の体細胞には何セットのゲノムがあるか。
答え：2セット

＊申し訳ありません。鳥（ウズラ）の声や、魚の水槽の音が入ってしまっています。字幕を作ってあるので、活用してください（字幕[CC]ボタンで出ます）。

●遺伝子領域の数は、何を遺伝子と呼ぶかによって変わるが、高校では、ヒトの遺伝子領域の数は約２万領域と覚えておこう。
●難関大を受ける人は、タンパク質をコードしていない遺伝子があることにも注意しなければならない。r RNAやt RNAの遺伝子などである。
●ゲノムは、遺伝子領域も非遺伝子領域もすべて含む用語だと言うことを知っておこう。分子遺伝学の本質に比べればつまらないことだが、模試や定期テストで超よく出る。
●ヒトの２００００の遺伝子は、すべて転写されているわけではなく、その細胞に必要なタンパク質をコードする遺伝子のみが転写・翻訳されている（すなわち「発現」している）。
＊発現する遺伝子は、細胞の種類、時期などによって異なる。どのように上手に発現する遺伝子の種類が調節されているのか、詳しい研究が進んでいる。
＊たとえば、眼の水晶体の細胞ではクリスタリン遺伝子が発現するが、インスリン遺伝子は発現しない。すい臓の細胞ではクリスタリン遺伝子は発現しないが、インスリン遺伝子が発現する。
選択的遺伝子発現に関して、noteに詳しく記してある。
https://note.com/yaguchihappy/n/nbafc751a80ab
＊その、遺伝子のオン、オフに、DNAが巻き付いているタンパク質（ヒストンというタンパク質）が関わっている。ぎゅっとDNAがタンパク質に強く巻き付けばその領域にある遺伝子の転写は起きにくい。緩めば起きやすい（本当はもっと複雑である。大学で学ぶ）。
●46本ではない数の染色体を体細胞にもつ人はたくさんいます。人の間であっても、染色体数は一種の個性です。大学の教科書、高校の教科書に従って講義していますので、ご容赦ください。
●非遺伝子領域から、小さな、役割未知のRNAが頻繁に転写されているらしいことがわかっている。高校生は覚えなくて良い。
また、無意味の領域がたくさんあることで、DNAの挿入による遺伝子の破壊（実は、動く遺伝子が知られている）を防いでいるという説もある。影武者が大量にいれば、殿様が破壊される確率は下がるだろうという理屈である。
●ゲノムgenomeとは、生物のもつ全染色体あるいはそこに含まれる全遺伝情報のことで、古くは配偶子に含まれる染色体あるいは遺伝子の全体を呼称する語として使われてきた。ゲノムは、遺伝子geneと、染色体chromosomeを合体させた造語である（geneと、全体を表す-omeをくっ付けたという説もある）。
●ゲノムの大きさ(一倍体の染色体ひとそろいに含まれるDNAの長さ)は、生物種によってさまざまである。
●複雑な生物を形づくるには、より多くの遺伝子が必要そうに一見思える。
確かに、ゲノムの大きさと、生物の見かけの複雑さには、大ざっぱな相関関係がある。
しかし、大ざっぱな相関はあるものの、完全な相関とはほど遠い。 
体の複雑さが同じくらいに見えるのに、ゲノムの大きさがまったく違う生物も多い。（ たとえば,ショウジョウバエのゲノムはバッタの約25分の 1であり、イネのゲノムはコムギの約40分の1である。これだけを見ても、ゲノムサイズの大きさが体の複雑さをそのまま表しているわけではないということがわかる。）
これらの例が示すように、ゲノムの大きさよりも、むしろ遣伝子数のほうが生物の複雑さとの関係が深い。
それでも、遺伝子数と体の複雑さが比例するとは言い難い。なぜであろうか？その辺の事情は基本的に未解明である（１つの遺伝子から複数のタンパク質を生じさせる選択的スプライシングも関係するだろう）。
●noteにいろいろな生物のゲノムサイズを記した。
https://note.com/yaguchihappy/n/nb431cb2cb3be



0:00 染色体
1:24 遺伝子
5:29 ゲノム
10:42 ゲノムサイズ

#ゲノム
#生物基礎
#高校生物

染色体・DNA・遺伝子・ゲノム　高校生物基礎

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
半保存的複製を証明した実験（メセルソンとスタールが行った密度勾配遠心法）について講義します。
語呂「半端なメッセージは損するから廃れる。（半保存的複製、メセルソン、スタール）」

細胞分画法と密度勾配遠心法についての講義
   • 細胞分画法と密度勾配遠心法　高校生物・生物基礎  

●メセルソンとスタールは、密度勾配遠心法によって、半保存的複製を証明した。
●半保存的複製では、DNA二本鎖のそれぞれの一本鎖が鋳型となり、それぞれに相補的な新しい一本鎖が合成されて、もとと同じ二本鎖DNAが合成される。
DNAの二重らせん構造が明らかになったとき、DNAの複製の方式について、(a)～(c)の3つの可能性が考えられた。
(a)半保存的複製：DNA二本鎖のそれぞれの一本鎖が鋳型となり、それぞれに相補的な新しい一本鎖が合成されて、もとと同じ二本鎖DNAが合成される。（正しい仮説。DNAは半保存的複製によって複製される。）
(b) 保存的複製：古い鎖は分離することなく完全に保存される。（誤った仮説）
(c) 分散的複製：古い鎖と新しい鎖がランダムに混ざり合う。（誤った仮説）
メセルソンとスタールは、本動画のような実験によって(a)が正しいことを証明した。
この実験は生物学史上最も美しい実験と言われる。簡単な手法で、見事に保存的複製と分散的複製を否定し、半保存的複製を証明したからである。
●メセルソンとスタールは、大腸菌を、重い窒素（15N）を含むNH4Clの存在下で培養し、細胞内DNAを15Nで標識した。
その後、軽い窒素（１４N）を含むNH4Clを含む培地に移して培養し、１回複製後、および２回複製後に大腸菌からDNAを精製し、密度勾配遠心法により解析した（大腸菌が１回分裂したタイミング、２回分裂したタイミングでDNAを取り出し、密度勾配遠心分離にかけた）。
結果は以下のようになった。
＊以下、１５Nを含む鎖（重い鎖）のみからなるDNA（１５N-DNA）を重いDNA、１５Nを含む鎖（重い鎖）と１４Nを含む鎖（軽い鎖）からなるDNAを中間の重さのDNA、１４Nを含む鎖（軽い鎖）のみからなるDNAを軽いDNAと呼ぶ。
はじめ（軽い窒素の培地に切り替えた直後）、すべてのDNAは重いDNAであった。
１回目の複製後、中間の重さのDNAのバンド（重い鎖＋軽い鎖）が見られた（保存的複製の否定）。
＊もし保存的複製が正しいなら、重いＤＮＡのバンドがずっと残っているはずである。
２回目の複製後、中間の重さのDNAと、軽い重さのDNAのバンド（軽い鎖＋軽い鎖）が見られた（分散的複製の否定）。
＊もし分散的複製が正しいなら、何度複製を繰り返しても、軽い重さのDNAは生じないはずである（醤油とオレンジジュースを加えて割っていっても、完全なオレンジジュースは生じないように）。
●ワトソンとクリックは、半保存的複製の可能性について、二重らせん構造を発表した論文で指摘している（「我々が想定したこの特定の塩基の対合からは、遺伝物質の複製をもたらすと考えられる 1 つのメカニズムが直ちに示唆されるが、このことを我々は見逃してはいない。」という決め台詞は有名である）。
メセルソンとスタールは、半保存的複製について、大腸菌を用いてその分子レベルの証明を果たした。その後、半保存的複製は、ウイルスからヒトに至るまで確認され、普遍性が確立されている。なお、この実験を契機にして、CsCl（塩化セシウム）密度勾配遠心法は分子生物学の基本的な研究技術として広く利用されるようになった。
（すみません。動画では、密度勾配遠心分離法と言っていますが、これは東京化学同人の生物学辞典にあわせています。高校教科書は密度勾配遠心法と書いていますので、テストでは念のためそう書きましょう。同義です。）
●水に物体を入れると、水の密度より大きい密度をもつ物体は沈み、水の密度より小さい密度をもつ物体は浮上する。密度勾配遠心法では、塩化セシウムなどの溶媒で『密度勾配（先ほどの水とは異なり、溶媒の密度が、グラデーションのように場所によって異なることがポイント）』をつくってから、物体を加える。加えた物体の密度が溶媒の密度より大きい部分では沈降が、その逆の部分では浮上が起こり、最終的に両者が釣り合った位置に物体がバンド状に集まる。
●メセルソンとスタールの実験は、生命科学史史上、最も美しい実験の一つだといわれる。シンプルに、しかし完全に保存的複製、分散的複製の可能性を否定し、同時に半保存的複製が正しいことを証明したからである（分散的複製は誤った複製方式ですが、当時はよく支持されていた）。

問題：ＤＮＡの半保存的複製のしくみを発見した研究者を２人答えよ。
答え：メセルソンとスタール

●教科書や資料集を見ながら学習しましょう。半保存的複製は、自分で紙の上に再現できるようになりましょう。

#DNA
#高校生物
#半保存的複製

半保存的複製の証明（メセルソンとスタールの実験）高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
コドン表と翻訳について解説します。
語呂「恋は8月Augustに始まる（開始コドンAUG）」
語呂「終わりだあ！うがー、うあー、うあぐ（終止コドンUGA、UAA、UAG）」
※誤字の訂正:2枚目のスライドに「遺伝暗号をとなる」と書いてありますが、正しくは「遺伝暗号となる」です。申し訳ありません。
●その他の講義
遺伝暗号の解読　   • 遺伝暗号の解読　高校生物  
転写　   • 転写 　高校生物  
翻訳　   • 翻訳　高校生物  
転写と翻訳の方向性　   • 転写と翻訳の方向性【セントラルドグマ】　高校生物  
●「コドン表は覚える必要なし」とスライドに書いたが、「大学受験を意識した場合に、開始コドンと終止コドン以外は暗記する必要はないと、僕は考える」という意味で、別にコドン表を覚えることに意味がないと言っているわけではありません。念のため。
●高校生は気にしなくてよいが、実際は、コドンとアンチコドンは、完全な１対１対応をしていない。１つのアミノ酸に２種以上のコドンが対応している場合（たとえばUUUとUUCはどちらもフェニルアラニンを指定している）、しばしば、１種類のtRNAが複数のコドンを認識する。コドンとアンチコドン結合する際、コドンの3字目(3' 末端)の塩基とアンチコドンの1字目(5' 末端)の塩基との結合には「ゆらぎ」があり、塩基の相補性を無視して結合する（たとえばGーU）ことがある。たとえば3'AAG5'のアンチコドンをもったフェニルアラニンを運ぶtRNAは、２種類のコドン（5'UUU3'、5'UUC3'）に対応できる（太字の所にゆらぎがある）。以上のような仮説をゆらぎ仮説といい、すでに実証されている。
●塩基の挿入、欠失は危険である。フレームシフトが起き、コドンの読み枠が変わるからである（特に遺伝子のはじめのほうで挿入や欠失が起き、フレームシフトが起きると、まったくアミノ酸配列の異なるわけのわからないポリペプチドができてしまう）。
一方、置換は比較的安全である。それは、
（１）コドンの３塩基目が別の塩基に変化しても、指定するアミノ酸が変わらないことが多い、
（２）生じるタンパク質を構成するアミノ酸が１つ変化しても、そのタンパク質の機能に変化がないことがあるからである。
また、変異がイントロン領域で起きた場合は生じるタンパク質に変化はない。
さらに、変異によって終止コドンが現れてしまった場合は、極端に短いポリペプチドができてしまう。
以上のような変異の影響を議論する問題は基礎なし生物では超頻出なので、理解しておきたい。

0:00 高校生は遺伝暗号表を暗記する必要はない
0:18 遺伝暗号表（基本）
1:58 開始コドンと終止コドン
3:34 遺伝暗号表は全生物で共通
3:56 遺伝暗号表（発展）
5:11 コドン・アンチコドン・アミノアシルｔRNA

#遺伝子
#遺伝暗号
#生物基礎

遺伝暗号表（コドン表）高校生物・生物基礎

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
PCRについて講義します。PCRは核酸増幅実験です。
語呂「二人でプラプラ、四人でぬくぬく、こたつでポリポリ（PCRには、2種のプライマー、4種のヌクレオチド、耐熱性のDNAポリメラーゼが必要。コタツで耐熱性をイメージする）」無理矢理ですね。すみません。

●ＰＣＲ法（ＰＣＲ＝ポリメラーゼ連鎖反応、polymerase chain reaction）は、ＤＮＡの特定の領域を増幅する方法である。
①ＤＮＡを約９５℃で処理⇒　塩基同士の水素結合を切り、二本鎖を一本鎖にほどく。
②約６０℃で、増幅させたい配列の両端にプライマーを結合させる。
③約７０℃で、ＤＮＡポリメラーゼを働かせ、ＤＮＡを複製させる。
④生じた二本鎖ＤＮＡを再び９５℃でほどき、同じサイクルを繰り返す。
＊あらかじめ、増幅させたい領域を含むＤＮＡ、プライマー、４種のヌクレオチド（DNAの材料。４種あるのは、塩基が４種あるから）、ＤＮＡポリメラーゼなどを加えておけば、温度変化は装置が勝手に繰り返してくれる。
＊ヌクレオチドには、ＤＮＡの材料であるデオキシヌクレオシド三リン酸（デオキシリボースと塩基とリン酸３つが結合したヌクレオチド）を用いる。ｄNTPと表記される（Nは「AかTかCかGが入りますよ」という記号。ｄATP、ｄTTP、ｄCTP、ｄGTPの４種が使われる。先頭のｄは、「デオキシリボース」を表している）。
★ＰＣＲ法では、好熱菌由来の、高温でも失活しないＤＮＡポリメラーゼを用いる。（非常によく問われる！）
●プライマーが短すぎると、色々な場所に結合してしまう。実際、上のの動画のように４塩基しかない短いプライマーを使ってしまうと、DNAの色々なところにベタベタとプライマーげ結合し、様々な副産物が生じてきてしまう。ただ、異常に長いプライマーを作ると、DNAと結合する確率が減り、産物の収量が下がる（プライマーのサイズが大きいほどアニーリング効率は低下する）。それに、長いプライマーは高価である。
●PCRの温度の設定は実験条件によって異なる（しかし、困ったことに、入試で温度が問われることがある。一応教科書の値を覚えておこう）
●1993年にノーベル化学賞を受賞したキャリー・マリスは、当時のガールフレンドを乗せてハイウェイをドライブしている時に、ＰＣＲ法の原理をひらめいた。「二つのプライマーを両端につなげば、その間の領域は酵素によって複製されるだろう。今度は新しくできたDNAの二本の鎖をほどいて一本にしたとしよう。これは加熱すれば容易に可能である。酵素はもう一度新しい鎖の上で働き始めるだろう。２本のコピーから４本ができ、次のサイクルではそれが８本になり、どんどん続くだろう。私は何か途方もないものを見つけたぞと大声で叫んだ」単純すぎるアイディアだが、他の誰も思いつかなかった。彼のみに生命科学の女神が微笑んだのである。ＰＣＲ法の特許は３億ドルで取引された。

問題：ＰＣＲで用いるＤＮＡポリメラーゼの特徴を答えよ。
答え：高熱でも失活しないもの（好熱細菌に由来するもの）を用いる。

●PCR法は紙の上で再現できるようになりましょう。 

#バイオテクノロジー 
#PCR
#高校生物
#遺伝子

PCR法（産物の長さ）　高校生物発展

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
放射性チミジンを用いた細胞周期に関する実験についてわかりやすく講義します。

続きはこちらです。
   • 放射性チミジンを用いた細胞周期の追跡③　高校生物基礎発展  

前回の講義はこちらです。
   • 放射性チミジンを用いた細胞周期の追跡①　高校生物基礎発展  


動画を③まで見てから解いてください。

（３）標識してから１２時間後、標識されたM期の細胞の割合が100%から減り始めた。
S期の長さを求めよ。

解説・答え
（１）で見たように、標識されてから五時間後に、標識時S期の先頭にいた細胞（＝S期の終わりにいた細胞）がM期に入った。
（その後、（2）で見たように、M期の全ての細胞が標識された細胞で占められるようになり、つまりM期の細胞の100%が標識された細胞で占められるようになり、さらに、）標識してから十二時間後、標識されたM期の細胞の割合が100%から減り始めた。
どうして減り始めたのかというと、標識時、S期の最後尾の細胞（＝S期に入ったばっかりだった細胞）がM期に入ったからである。（S期の最後尾であった細胞より、後ろの細胞は、標識されていない）。
つまり、放射性チミジンを加えた時、ギリギリS期に入っていなかった標識されていない細胞が、M期に突入し始める時がきたのである。
S期の先頭にいた細胞がM期に入ったのが五時間後。（その後、標識された細胞が後に続く）
S期の最後尾にいた細胞がM期に入ったのが十二時間後。（その後、S期にまだ入っていなかったので標識されなかった細胞が後に続く）
S期の長さは、先頭の細胞がM期に突入した時間と、最後尾の細胞がM期に突入した時間との時差である。
したがって、12-5=7時間がS期の長さである。
答え:7時間

（４）細胞周期全体の長さが１９時間であった。G 1期の長さを求めよ。

解説・答え
今まで求めた時期の分を細胞周期全体から引けばよい。
19-5-3-7=4
答え:４時間

noteに簡単な図があります。
https://note.com/yaguchihappy/n/n191308c58e3d#deb4f9ec-2909-4d68-87b1-349da5256d31



#体細胞分裂
#生物基礎
#細胞周期

放射性チミジンを用いた細胞周期の追跡②　高校生物基礎発展

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
真核生物の遺伝子発現調節（転写調節機構）について講義します。大学内容まで半歩足を踏み入れます。
語呂「基本はプロにもあるぜ。（基本転写因子は、プロモーターにRNAポリメラーゼが結合するのを助ける。あるぜ、がRNAポリメラーゼを表す）」

問題：以下の空欄を埋めよ。
「真核細胞では、（　①　）とプロモーターが正しく結合するためには（　②　）という一群のタンパク質が必要である。」
答え：①RNAポリメラーゼ　②基本転写因子


●実際には、活性化因子と基本転写因子、RNAポリメラーゼの間で、別のタンパク質が仲立ちをして、間接的に相互作用が行われることが多い。（多くの場合転写因子はDNA非結合性のメディエーターというタンパク質を介して基本転写因子やRNAポリメラーゼに作用する）
●原核生物のσ因子は、RNAポリメラーゼのサブユニットの一つとすることが多い。
●遺伝子発現の主要な調節の段階は転写であると考えられているが、転写調節（今回の動画で紹介したような転写段階の調節）だけでなく、翻訳調節（翻訳の段階での調節）もある。
●サイレンサーに転写抑制因子（リプレッサータンパク質とよぶこともある）が、エンハンサーに転写活性化因子（アクチベータータンパク質とよぶこともある）が結合すると考えてよい。
●現在では、エンハンサーという用語はあまり使わないことも多い。後述するが、エンハンサーにある、転写因子結合部位（シス認識配列）で議論をすることが多い。
●エンハンサーは、遺伝子からの距離、上流下流、エンハンサー配列の方向性に無関係に転写レベルを上昇させる。
●テストでどの用語を使おうか迷ったときは、今持っている教科書の用語を使えば良い。
●開始コドンより前、終止コドンより後ろに、非翻訳領域（翻訳されない領域）があることに注意せよ。転写開始点はプロモーターにあり、転写終結配列はターミネーターと呼ばれる。開始コドンや終止コドンは翻訳の開始と終止の合図であり、転写開始と転写終結の合図は別にあることに注意せよ。開始コドンから転写が始まるわけではない。開始コドンよりも前から転写が始まるのである。
●RNAは3’が伸びていく。3’にしかヌクレオチドを付加できないからである。
●リボソームはｍRNA上を5‘から3’へ動いていく。
● 真核生物において、RNAポリメラーゼの結合するプロモーターの多くは、基本転写因子の結合するTATAボックスを含むが、TATAボックスを含まないTATAレスプロモーターも存在する。
●転写調節領域は、遺伝子調節領域とよばれることもある。遺伝子調節領域にはプロモーターを含むことがある。
●リプレッサーやアクチベーターの用語を真核生物の議論でも使うことがある。しかし、これらの用語は原核生物の議論で使われることが多い。
●エンハンサーには多数の活性化タンパク質が結合する領域がある。つまり、エンハンサーとは、近接した多数の活性化タンパク質結合部位群のことである。
エンハンサーにたくさんある活性化タンパク質結合部位のうち一つを指して、シス認識配列と呼ぶことがある。シスというのは同じ側という意味で、遺伝子と同じ染色体上にある調節配列なので、シス認識配列という。
●エンハンサーに活性化タンパク質と抑制タンパク質が競合的に結合し合うとする場合もある。つまりエンハンサーのみで議論し
、サイレンサーという概念を使わない場合もある（キャンベル生物学9版は、エンハンサーに活性化因子、抑制因子が結合するとしており、エンハンサーだけで議論をすすめている）。
活性化因子と抑制因子がDNAに結合する際に、部分的に同じ領域使う場合がある（２つの因子は同じ領域を取り合い、競合する）。つまり、エンハンサーとサイレンサーの違いはあいまいで、厳密な区別はできない。
●遺伝子から遠く離れた位置にないとエンハンサーやサイレンサーと呼ばないことが多い。したがって、エンハンサーやサイレンサーは、ふつう原核生物に使わない用語である。原核生物のオペレーターをサイレンサーとはふつう言わない。
● 真核生物の多くのmRNAの5' 末端にある修飾構造をキャップという。
必ずしも構造上の画一性はないが、5' 末端は必ず7-メチルグアノシンであり、その5' 部位と次のヌクレオシドの5' 部位が、三リン酸を介して結合している。
● 真核生物のmRNAの3' 末端に普遍的に存在するアデニル酸の連続した配列をポリAテール、もしくはポリA配列という。
その長さは数十から200ヌクレオチド程度であり、一つのmRNA分子種についても長さは一定でない。
ポリAテールは遺伝子によってコードされておらず、mRNA前駆体中のAAUAAAまたは類似の配列(ポリA配列付加シグナル)の3' 側へ10～30ヌクレオチドの位置で前駆体が切断された後、その3' 末端に付加される。この切断およびポリA付加反応(ポリアデニル化polyadenylation)は、核内で起こり、ポリAポリメラーゼ(poly-A polymerase)や、AAUAAA配列およびその3' 側の未確定のシグナル配列を必要とする。ポリA配列の機能は確定的でないが、mRNAの安定化、翻訳、核から細胞質への輸送、mRNAスプライシングの際の3'末端にあるエクソンのシグナルとしての役割などが示唆されている。
●複数の転写因子がひとつの遺伝子を制御するのが普通。
●転写因子の結合から必ず転写がスタートするとは限らない。ただ、複数の転写活性化因子が掛け算的に転写装置とDNAの親和性を高めていく（転写開始構造をとるためのエネルギーの障壁を低くしていく）のは間違いない。
●数千塩基対も離れた位置にあるエンハンサーがプロモーターにおける転写開始に影響を与える仕組みについては、完全には解明されていない。今回は、キャンベル生物学に従って、DNA湾曲タンパク質（DNAを折り曲げるタンパク質）が働いている仕組みを紹介した（また、板書していないが、転写因子とプロモーター付近のタンパク質を結び付けるタンパク質、すなわち仲介役のメディエータータンパク質が存在することは間違いない）。
このほか、コヒーシンと言う輪のようなタンパク質が折れ曲がったDNAを固定しているという説も有力である（トングを輪っかで固定するように、折れ曲がったDNAをコヒーシンが固定する。コヒーシンは資料集で見たことがあるだろう。コヒーシンの姉妹染色分体を固定する働きは有名である）。
＊16:05「編集」は狭義のRNA editingを指していません。正確を期して「修飾」と言うべきでした。すみません。



0:00 転写調節の概要（タンパク質がDNAに結合する）
4:55 RNAポリメラーゼがプロモーターに結合する
7:22 真核生物の転写（転写因子と基本転写因子）
15:18 真核生物のRNAの修飾（プロセッシング）
19:24 余談（転写因子の存在パターン）



#高校生物
#分子生物学
#遺伝子

真核生物の転写調節【遺伝子発現】高校生物発展

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
c DNA（相補的DNA）について講義します。

問題：DNAを鋳型にRNAを合成する酵素を何というか。漢字５字で答えよ。
答え：逆転写酵素

●『ＤＮＡ断片を増幅させる操作』をクローニングという。大腸菌にヒトの遺伝子を導入し、ヒトのタンパク質を転写・翻訳によってつくらせることも可能である。その際は、大腸菌などの細菌にスプライシングのしくみが無いことに注意しなければならない。スプライシングが起こってはじめて正常なタンパク質の情報を持つような場合は、あらかじめスプライシングが起きた後の成熟ｍＲＮＡを逆転写してｃＤＮＡとし、それをプラスミドに組み込む必要がある。
●実際は、ｃＤＮＡが「得られるか得られないか」ではなく、「どの程度の存在比で得られたか」を測定することで（電気泳動のバンドの太さなどからＤＮＡの存在量が推定できる）、その遺伝子の発現の「強度」、どの程度の勢いで発現しているかまで見ることができる。
●cDNAはcomplementary DNAの略で、相補DNAという。あるRNA鎖と相補的な塩基配列をもつ一本鎖DNA、または、そのようなDNA鎖と、それに相補的な塩基配列のDNA鎖とからなる二本鎖DNAを指す。
RNA鎖と相補的な一本鎖DNAは、そのRNAを鋳型として、適当なプライマーの存在下でRNA依存性DNAポリメラーゼ(逆転写酵素)によって合成できる。mRNAを鋳型にする場合は、ポリAがちょうど良いプライマー結合部位になる。
また、一本鎖のcDNAを合成後、 RNAアーゼを作用させ、RNA部分を取り除き、一本鎖cDNAを鋳型にして、DNAポリメラーゼによって、二本鎖のcDNAを合成することができる。
●c DNAで研究できない領域は、たとえば、転写因子が結合する領域の DNAである。そのような配列からはRNAが転写されないので、c DNAのライブラリーの中には入ってこない。
●この動画の中で、RNAは不安定だから使えないんですよ、くらいのニュアンスで DNAにするメリットを口走っているが、当然、しっかり管理してRNA分解酵素を阻害すれば、RNAのまま研究を続けられる。しかし核酸を長期間保存したいと思ったら、普通DNAにして冷凍保存する。
また、板書に「ｍRNA」と相補的な、とあるが、正確には、RNAと相補的な塩基配列をもつＤＮＡを相補的ＤＮＡという。ｍＲＮＡに限定する必要はない。

#高校生物
#逆転写酵素
#遺伝子

ｃDNA（相補的DNA）　高校生物発展

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
DNAの構造について講義します。
語呂「サンタさんダッシュ！慎重に！（3’方向に伸張する）」
●DNAは二重らせん構造をとる（ワトソンとクリックが発見）。2本のヌクレオチド鎖は、相補的な塩基どうし（AとT、GとC）が水素結合によって結ばれて二重らせん構造を形成している。
●DNAを構成する鎖には方向性（3’---5’）があり、逆向きに鎖が配置されないと、塩基同士が正しい水素結合を結べない。
＊五炭糖内の原子位置は、塩基内の原子位置と混同しないように、'をつけて表す。
●グアニンとシトシンは塩基間に水素結合を3つつくる。対して、アデニンとチミンは水素結合を2つつくる。DNA中のGC含量が高いほど、そのDNAの安定性が増すことが知られている。GC塩基対の方がAT塩基対より水素結合の数が多いからである（さらに、GC塩基対の方が、隣接する塩基対との積み重なりによる相互作用が強いことが知られている）
語呂「CGは三次元（"CとG"は"３"本の水素結合で結合）」
●核酸はヌクレオチドの重合体である。ヌクレオチドに含まれる糖の種類によって、２種類（糖にデオキシリボースを使う核酸＝DNAと、リボースを使う核酸＝RNA）に分けられる。RNAにはチミンがなく、ウラシルが含まれる。
＜Ｑ．どうしてＲＮＡではＴの代わりにＵがあるの？…おそらく昔は、生物はＲＮＡを遺伝子の本体として使っていたのであろう（ＲＮＡワールド）。しかし、Ｃはアミノ基を失うとＵになってしまう。そうなると大変で、そのＵが変異の結果生じたＵなのか、もともとあったＵなのか判断できない（修復するのに不都合である）。したがって、生物はＤＮＡを遺伝子の本体に使うようになったのだと考えられている。＞
●糖と塩基の結合物を、ヌクレオシドという。ヌクレオシドには、
アデニンとリボースが結合したアデノシン、
グアニンとリボースが結合したグアノシン、
シトシンとリボースが結合したシチジン、
ウラシルとリボースが結合したウリジン、
アデニンとデオキシリボースが結合したデオキシアデノシン、
グアニンとデオキシリボースが結合したデオキシグアノシン、
シトシンとデオキシリボースが結合したデオキシシチジン
チミンとデオキシリボースが結合したチミジン
などの種類がある。
●ワトソン（二重らせん構造の発見者）は、AとTが結合した形、CとGが結合した形に共通性があることに気が付いた。同時に脳裏に浮かんだのは、すでにわかっていた「シャルガフの規則」だ。AとT、CとGが結合しているのなら、シャルガフの規則は当然である。そして、同時に「このタイプの二重らせん構造は、前に私がちょっと考えていた同じ塩基同士が対を作る場合よりも、はるかに申し分ない複製機構を暗示する」（『二重らせん』ワトソン著より）と語っている。DNAの半保存的複製にも気づいていたのだ。
●生体内では、ほとんどのＤＮＡは『右巻き』の二重らせん構造をとっている（明大で出題）。マンガや映画（博物館ですら）ＤＮＡの右巻き左巻きを適当に描いていることがある。

問題：ＤＮＡ二本鎖のそれぞれの一本鎖が鋳型となり、それぞれに相補的な新しい一本鎖が合成されてもとと同じ二本鎖ＤＮＡが２本形成される複製方式をなんというか。また、そのようなＤＮＡの複製を行う酵素（ヌクレオチドを材料に、ＤＮＡの合成を触媒する酵素）を何というか。
答え：半保存的複製、ＤＮＡポリメラーゼ

問題：ヌクレオチドの重合体を核酸という。さて、糖部分にデオキシリボースが使われている核酸を何というか。なお、この核酸は、生体内で遺伝子の本体として機能している。
答え：デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）

●AとGをプリン塩基、ＴとＣ（とＵ）をピリミジン塩基という。
語呂「プリンはあぐあぐ（ＡＧＡＧ）と食べよ（プリン塩基、ＡＧ）」 
●


#高校生物
#生物基礎
#DNA

DNAの複製①（DNAの構造）　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
原核生物の遺伝子発現（転写・翻訳）について講義します。
語呂「店舗は期日、厳格に（転写・翻訳は細胞質基質、原核生物。店舗で転写・翻訳・期日で細胞質基質をイメージ。）」無茶な語呂ですね。すみません。


●原核細胞では、転写と翻訳は、同時に同じ場所（細胞質基質）で起こる。
●ふつう、真核生物のｍRNAは、翻訳に際して、１種類のポリペプチド鎖のみをコードしている。覚えなくてよいが、このような真核生物のｍRNAを「モノシストロン性ｍRNA」という（単一のオープンリーディングフレームをもつ）。対して、原核生物の１本のｍRNAは、複数の異なるポリペプチド鎖をコードしている（１本のｍRNAが複数のオープンリーディングフレームをもつ）ことが少なくない。覚えなくてよいが、このようなｍRNAを「ポリシストロン性ｍRNA」という。ポリシストロン性ｍRNAは一連の代謝経路に関連した酵素系をコードしていることが多く、これらの酵素系の発現を同一レベルに調節するのに役立っている。
＊オープンリーディングフレーム（ORF）：「開いた読み枠」などともいわれる。終止コドンに中断されずにアミノ酸を指定するコドンが続く遺伝暗号の読み枠。長いオープンリーディングフレーム（開始コドンからはじまり、ある程度の長さ[多くの場合数百ｂｐ以上]をもって終止コドンまで続くひとつながりの読み枠）は、タンパク質の遺伝情報をコードしている可能性が高い。高校生は覚えなくてよい。
＊シストロン：遺伝子と同義と考えてさしつかえない。基本的に高校では使わない用語。
●真核生物は、あえて核を獲得した。何故だろうか？それは、RNAを加工する場を作るためだったのかもしれない。真核生物では核内で、スプライシング（やポリAテール、5’キャップの付加）などのRNAの加工が起こる。つまり、加工前のRNAがある場と、加工後のRNAがある場を分ける必要がある。その役割を持つのが核膜という説が有力である。

問題：真核細胞と原核細胞の転写と翻訳について、その違いを答えよ。
答え：真核細胞では、核内で転写が、細胞質基質で翻訳が起こる。原核細胞では、転写と翻訳は細胞質基質で同時に起こる。

問題：ＤＮＡを鋳型にｍＲＮＡを合成する酵素と、ｍＲＮＡに結合し翻訳を行う（タンパク質を合成する）構造体の名称を答えよ。
答え：ＲＮＡポリメラーゼ、リボソーム


#遺伝子
#高校生物
#セントラルドグマ

原核生物の転写と翻訳　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
遺伝暗号の解読（コドンが指定するアミノ酸の推定）について講義します。
語呂「恋は8月Augustに始まる（開始コドンAUG）」
語呂「終わりだあ！うがー、うあー、うあぐ（終止コドンUGA、UAA、UAG）」

●コラーナにより合成された反復配列をもったRNAの中には、ポリペプチドを長く合成できないものが含まれていた。ポリペプチド合成を止める配列が存在していたのである。これを今では終止コドンという。この翻訳を止める三種類のコドンは、オーカーコドン（UAA）、アンバーコドン（UAG）、オパールコドン（UGA）と呼ばれている。発見者の1人の姓がバーンスタインで、ドイツ語で琥珀（アンバー）を意味する。オーカーとオパールは、アンバーと同様に準宝石に由来する。
●オチョアはヌクレオチドポリマーを合成する研究開発を行った。そして、ポリヌクレオチド・ホスホリラーゼが発見され、この酵素を用いた人工ｍRNAの合成が可能になった。
●ニーレンバーグは、人工ポリU（5'・・・UUUUUUUUU・・・3'）ｍRNAを合成し、大腸菌由来の無細胞翻訳系に与えた。
●コラーナ（コラナ）は、２個の塩基が繰り返し並ぶポリUC（5'・・・CUCUCUCUC・・・3'）ｍRNAや、４個の塩基が並ぶポリUAUCのようなｍRNAを合成し、遺伝暗号表の解読を行った（コラーナはウィスコンシン大学で、ヌクレオチドを２個、３個とつなげる化学反応を次々と考案した）。
●『オチョア、ニーレンバーグ、コラーナによって遺伝暗号が解読され、コドン表が作成された』ということは昔はテストに出た。今はほぼ問われない。
●ニーレンバーグが歴史的な実験を行った時、まだ開始コドンAUGは発見されていなかった。しかし、幸運なことに、ニーレンバーグが用いた無細胞タンパク質合成系には高濃度のマグネシウムが含まれていたので、タンパク質合成が強制的に開始されたのだった。

問題：ＡＵＡＵＡＵＡＵＡ・・・のように塩基が並ぶｍＲＮＡにおいて、どのような読み枠（コドン）が考えられるか。
答え：ＡＵＡ、ＵＡＵ

問題：上記のｍＲＮＡをリボソームに翻訳させた結果、イソロイシンとチロシンが交互につながるポリペプチドが生じた。ＡＵＡというコドンが指定するアミノ酸はイソロイシンである。ＵＡＵというコドンが指定するアミノ酸は何か。
答え：チロシン

●ニーレンバーグ、コラーナらの実験について教科書や資料集で調べてみましょう。 

#高校生物
#遺伝子
#遺伝暗号

遺伝暗号の解読　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
半保存的複製について講義します。
覚え方「複製をリードするからリーディング鎖。伸びるのが遅くタイムラグがあるからラギング鎖」
●DNAが複製されるとき、DNAポリメラーゼは5’→3’の方向にヌクレオチド鎖を伸長させる（鎖の3'末端にヌクレオチドを付加する）。
したがって、2本の鋳型鎖の一方では、もとのDNAがほどけていく方向と同じ向きに連続的に新生鎖が伸長する。これをリーディング鎖という。
もう一方の鋳型鎖では、もとのDNAがほどけていく向きと、新生鎖が伸長できる向きが逆となる。そこでは、いくつもの岡崎フラグメントとよばれる短いＤＮＡ断片ができ、その断片がＤＮＡリガーゼという酵素によってつながれながら、不連続的に新生鎖が伸長している。これをラギング鎖という。
●DNAを扱う問題では、常に５’→３’方向に注目しましょう。
●５’→３’方向にDNAを伸ばすポリメラーゼが発見されると、これに対応して、３’→５’ 方向にDNAを伸ばすポリメラーゼもすぐに発見されるだろうと思われていた。しかし、自然は、このような当然と思われるやり方をとってはいなかった。精力的な研究が行われたにもかかわらず、３’→５’ 方向にDNAを伸ばすＤＮＡポリメラーゼは見つからなかった（今でも見つかっていません）。自然の仕組みを知る手がかりは、岡崎フラグメントOkazaki fragment（岡崎令治が発見）の発見により得られた。
●岡崎フラグメントの大きさは、原核生物で１０００～２０００ヌクレオチド、真核生物で１００～２００ヌクレオチド。
●ラギング鎖は、リーディング鎖に比べて伸長が遅い、つまり伸長にタイムラグがあることからその名が付いた。その原因が「不連続な短いDNA断片をつなげているから」だと示したのが岡崎令治である。
●岡崎令治は、恒子夫人らの協力を得て、１９６６年、生体内でのDNA合成前駆体である短鎖DNAの生成、伸長、結合を明らかにし、DNAの不連続的複製機構の解明に大きく貢献した。岡崎博士は中学時代に広島郊外で原爆に遭っており、慢性骨髄性白血病となり４４歳で急逝された。



問題：ＤＮＡの複製において、不連続的に合成される方の鎖を何というか。また、その際に生じるＤＮＡ断片を何というか。
答え：ラギング鎖、岡崎フラグメント

＜Q.岡崎フラグメント＝ラギング鎖？…正確には違う。もともと「フラグメント」は「断片」を表す語である。岡崎フラグメントは、ラギング鎖が伸長する際につくられる、「短いDNA断片」を指す。岡崎フラグメントがいくつもつながって、ラギング鎖が伸びていくイメージ。ラギング鎖が発見された時は、どのようにしてラギング鎖が伸びるのかわからなかった（少しリーディング鎖に遅れて[タイムラグがある]合成されることはわかっていた）。やがて、岡崎フラグメント同士がDNAリガーゼで連結されることにより伸びていることが分かった。＞

●半保存的複製の流れ
① DNAヘリカーゼ（DNAの塩基間の水素結合を開裂する酵素）によって、二重らせんがほどけ、1本鎖になる。
② 複製起点に、プライマー（「primary＝最初の」が語源）とよばれる短いヌクレオチド鎖が合成される（生体内では短いＲＮＡ鎖がプライマーとなる）。
＊プライマーの合成はプライマーゼという酵素が行う。DNAポリメラーゼは０からDNAを作り出すことはできず、プライマーを伸長させることしかできない。ＲＮＡでできたプライマーは酵素により後に除去され、ＤＮＡに置き換わる。
③ 両方の鎖が鋳型になり、DNAポリメラーゼにより新鎖が合成される。鋳型鎖の塩基に相補的な塩基をもつヌクレオシド三リン酸が結合していく。
＊ヌクレオシド三リン酸＝ヌクレオシドに３個のリン酸が結合したもの。
＊ヌクレオシドにリン酸が１個以上ついたものをヌクレオチドという。リン酸がいくつ付いているか示すために、ヌクレオシド二リン酸、ヌクレオシド三リン酸などと表現する（ヌクレオチド、と言ってしまうと、その物質が糖＋塩基＋リン酸でできていることはわかるが、リン酸が何個ついているかわからない）。
＊DNAポリメラーゼ（DNA合成酵素）のはたらきによって、鎖が伸長する（DNAポリメラーゼは、デオキシリボースの３’の炭素に付いた-OHを使って次のヌクレオチドを付加するため、新しい鎖は3’末端方向にしか伸長できない）。

●DNA複製が開始する染色体上の領域を複製起点（DNA複製開始点）という。
●一般に、真核細胞のDNAには、複製起点が複数ある。しかし、原核細胞のDNAには、複製起点は１か所しかない。


#DNA
#半保存的複製
#高校生物

DNAの複製②（半保存的複製）　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
遺伝情報の発現について講義します。DNAがレシピの原本、RNAがレシピのコピー、タンパク質が完成した料理のようなイメージです。
●タンパク質（protein）は、“最も重要なもの”というギリシア語（proteios）が語源となっている。細胞の乾燥重量のほとんどを占めるタンパク質は、細胞を構成する素材であるだけでなく、機能のほとんどを担っている。
●すべての細胞では、DNAを鋳型にして（DNAの塩基配列を写し取るようにして）RNAの合成が行われている（たとえば、DNAにTTTという配列があったら、合成されるRNAはAAAという配列になる）。これを転写といい、真核細胞では核内で転写が行われている（原核細胞では転写も翻訳も細胞質基質で行われる）。RNAには様々な種類があるが、その中でもタンパク質のアミノ酸配列の情報を持ったRNA（ｍRNAと呼ばれている）は、核の外へ運ばれた後、タンパク質の合成のための、いわば命令書になる（リボソームという構造がｍRNAに結合し、ｍRNAの塩基配列に基づいてアミノ酸をつなげていき、タンパク質を合成する。この生命現象を翻訳という）。たとえるなら、DNAがプラモデルの設計図の原本、ｍRNAがそのコピー（RNAは非常に不安定で、すぐに分解されてしまい、寿命は短い。いわば使い捨てのコピーである）、タンパク質がプラモデルである。生物の体の主成分はタンパク質である。
●　細胞のもつ多数の遺伝子のうち、特定のものが選ばれて発現することを、選択的遺伝子発現という。
＊（一部例外はあるが）すべての細胞は、すべての遺伝子を保持していると考えてよい。しかし、「発現している」遺伝子のパターンは、細胞ごとに異なる（たくさんスイッチを持っているが、一部のスイッチしかONにしないイメージ）。
細胞ごとに発現している遺伝子は異なる。たとえば、
・眼の水晶体の細胞ではクリスタリン遺伝子が発現している。
・皮膚の細胞では、コラーゲン遺伝子が発現している。
・筋細胞ではミオシン遺伝子が発現している。
しかし、水晶体の細胞も、皮膚の細胞も、筋細胞も、すべての遺伝子を持っている（すべてのスイッチを持っている）。しかし、その中の一部の遺伝子しか発現していない（一部のスイッチがONになっていない）。
＊細胞は持っている遺伝子の一部しか発現しないとはいえ、ある細胞が発現している遺伝子をすべて書きだそうとすると、とんでもない数になる。基本的には教科書にある遺伝子しか問われない。
●クリスタリンは水晶体の透明性の維持に重要とされているタンパク質。コラーゲンは動物の皮膚・軟骨などに多量に含まれるタンパク質（コラーゲンは細胞の外側で強靭な繊維を形成する。動物の全タンパク質の中で最も多いのはコラーゲンである）。ミオシンは筋収縮のために必要なタンパク質（ATPを分解しながら、筋収縮にはたらいている）。
●細胞の種類ごとに発現する遺伝子は異なるが、ヒストン（DNAを巻き付けているタンパク質）をコードする遺伝子など、ほぼすべての細胞で常に発現している遺伝子もある。
●一般に、細胞では、時期ごと（成長の段階ごと）に異なる遺伝子が発現している（また、ホルモンなどの作用を受けると、発現する遺伝子が変わることもある）。
●ヒトの遺伝子数約２００００は知っておくこと。
●実際は、インスリンは、ポリペプチドとして合成された後、不要な部分を切り落とされるなどの加工を受けてから働く。以下のnoteで図示している。
https://note.com/yaguchihappy/n/n145c635b0888



Qセントラルドグマって何？
A.…核酸やタンパク質の合成に関し、遺伝情報の流れは一方的であるという基本原理。クリックがセントラルドグマの提唱者である。彼はＤＮＡの二重らせん構造の発見者でもある。彼は、宗教色の強い「ドグマ」（教義、信条：疑う余地のない信念の意味）という語が科学用語として適切か？という問いについて、以下のように述べている。「この新しい仮定は単なる仮説というよりもっと強力でもっと重大だという意味を込めたかった。私は宗教上のあらゆる信念には厳密な意味での裏付けはないと考えているので、この言葉を、世間一般で使われている通りの意味ではなく、自分なりの考えで使ったのである。つまり、もっともらしいが、当時はまだ実験的に証明されていなかった重大な仮説、という意味である」

問題：正しい文を選べ。
①人のＤＮＡでは、ほとんどすべての領域が遺伝子としてタンパク質をコードしている。
②人のＤＮＡでは、タンパク質をコードしている遺伝子領域はほんの数％しかない。
答え：②（遺伝子以外の領域の働きについては未だ研究中である） 





#セントラルドグマ
#遺伝子
#生物基礎

遺伝子の発現（概要）　高校生物基礎

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
シャルガフの規則を使った難問の解説です。
動画で解説した問題の全文：二本鎖DNAの一方の鎖をX鎖、もう一方の鎖をY鎖とする。X鎖のAの割合は20%、Tの割合は28%、Gの割合は22%だった。
（１）X鎖のCの割合は？
（２）二本鎖全体のGの割合は？
※このような問題では（特に断りがなくても）（１）のように聞かれたらX鎖全体を１００とし、（２）のように聞かれたら二本鎖全体を１００と考えます。

●シャルガフの規則：DNA中に含まれる塩基について、Aの割合とTの割合が等しく、Gの割合とCの割合が等しいという規則。
●DNAの二重らせん構造を発見したワトソンは、二重らせん構造をひらめいた瞬間に、シャルガフの規則を思い浮かべている。
「突然、アデニンとチミンの対が2個の水素結合で連結された形は、グアニンとシトシンが最低2個の水素結合で結合された場合とまったく同じであることに気がついた。アデニンは必ずチミンと対になり、いっぽう、グアニンはシトシンとしか対をつくれないわけだ。ここでにわかに、シャルガフの規則が、ＤＮＡの二重らせん構造を示唆するものとして、ぐんとクローズ・アップされてきた。だが、このこと以上に私を興奮させたのは、このタイプの二重らせん構造は、前に私がちょっと考えていた同じ塩基同士が対を作る場合よりも、はるかに申し分ない複製機構を暗示するということだった。」『二重らせん』ワトソン著より

彼は最後に、DNAの複製様式（半保存的複製）に触れてる。ワトソンとクリックは、二重らせん構造の発見時にすでに半保存的複製の可能性に気付いていた（彼らが論文の最後に残した決め台詞は有名である。「我々が想定したこの特定の塩基の対合からは、遺伝物質の複製をもたらすと考えられる 1 つのメカニズムが直ちに示唆されるが、このことを我々は見逃してはいない。」）。

●伝統的な生化学者であるシャルガフは、「分子生物学」について、「無免許のものが行っている生化学」と揶揄したという。分子生物学者という肩書が広く認められるようになったのは最近のことである。


#DNA
#生物基礎
#シャルガフの規則

シャルガフの規則に関する計算問題　高校生物基礎

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
遺伝子の再編成に解説します。
語呂「サイ、反省して後退（遺伝子の再編成により抗体の多様性が担保される）」意味ない語呂ですね。すみません。
遺伝子の再編成の仕組みは利根川進先生が解明しました。遺伝子の数より多くの種類の免疫グロブリンをつくることができる仕組みです。

●免疫グロブリンは、遺伝子の再編成によって多様性を獲得する（B細胞が成熟する過程で、免疫グロブリン遺伝子の再編成が起こる）。
遺伝子断片がＶ、Ｄ、Ｊなどとグループを形成しており、各グループから１つずつ遺伝子断片が選ばれ、残りの断片はＤＮＡの切断により捨てられる。これにより持っているＤＮＡ断片の種類より多くの種類の遺伝子を作り出すことができる。
＊まるでマクドナルドでセットを注文するように、組み合わせは膨大になる（何種類かの飲み物、何種類かのバーガー、何種類かのサイドメニューから、それぞれ１つずつを選ぶと、その組み合わせは膨大になる）。
なお、生物基礎では、ほぼすべての体細胞は同じゲノムをもつと習うが、B細胞やT細胞などのリンパ球は、成熟の過程で遺伝子の再編成を行うので、ゲノムが他の体細胞と異なる。
●L鎖・H鎖それぞれの可変部域をコードする遺伝子について、遺伝子の再編成が起こることが知られている。L鎖・H鎖の組み合わせにより、さらに多様な可変部が生じる。
●宇宙から来た未知のウイルスで人類が滅亡するようなSFがある。しかし、脊椎動物の獲得したこの遺伝子の再編成による抗体の多様化システムは、宇宙に存在するどんな立体構造にも対応し得ると言われている。どんな未知のウイルスが地球の外からやって来ようと、そのウイルスの立体構造にぴったりくっつく抗体が用意されている可能性が高い。

問題：どうして人の遺伝子数は２万ほどしかないのにもかかわらず、それ以上の種類の抗体（免疫グロブリン）をつくることができるのか。空欄を埋めよ。
「抗体の可変部をコードしているＤＮＡ領域について、（　？　）が起きるから。」
答え：遺伝子の再編成

問題：免疫グロブリンの遺伝子のうち、Ｈ鎖の可変部をコードする部分は３つの領域（V、D、J）から、Ｌ鎖の可変部をコードする部分は２つの領域（V、J）からなり、さらにこれらの領域は多数の小領域で構成されている。
可変部をコードする部分では、それぞれの領域において、小領域が１つずつ選択されて連結され、抗体を産生する情報をもつ新たな遺伝子となる。
ある生物で、Ｈ鎖のそれぞれの領域が１００、１０および４種類、Ｌ鎖が３００および５種類の小領域から構成されているとすると、この生物は、理論上何種類の抗体をつくれるか。ただし、遺伝子の再編成によって、各小領域から１つの断片が選ばれ、連結するものとする。なお、多様な抗体ができるしくみには、遺伝子の再編成のみが関わるとしてよい。
答え：６００万種類
Ｈ鎖の可変部を決定する遺伝子は１００種類、１０種類、４種類の断片から１つずつ選ばれるので、
１００×１０×４＝４０００種類
この遺伝子が転写、翻訳されてＨ鎖の可変部のアミノ酸配列（そして立体構造）が決定する。
Ｌ鎖も同様に、３００×５＝１５００種類
したがって理論上４０００×１５００＝６００万種類の可変部をつくることができる。
＊実際は、遺伝子断片が選択されるということの他にも、抗体の多様性を増やすようなしくみがある（たとえば、遺伝子断片が結合する際、塩基が付加されたり、逆に塩基が削除されたりする）。

問題：多様な抗体が作られる仕組み（遺伝子の再編成）を解明し、１９８７年ノーベル生理学・医学賞を受賞した分子生物学者の名を答えよ。
答え：利根川進




#高校生物
#免疫
#遺伝子の再編成

遺伝子の再編成【免疫】　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
 DNAマイクロアレイについて講義します。（マイクロアレイは、DNA等を固定したガラスそのものを指すこともあれば、それを用いた遺伝子発現の解析実験を指すこともあります）
●スライドグラスのような小さな面上に、多数の少しずつ異なる配列を持つＤＮＡを規則正しく並べ、別のヌクレオチド鎖と反応させ、それらが結合したかどうかのデータを大量に取得する装置あるいは手法をＤＮＡマイクロアレイという。
●ガラス上に２万個以上の部屋（スポット）を用意できるので、たとえばヒト遺伝子のすべて（約２万個）の発現を網羅的に解析することができる。
以下雑学です。
●今回は２色を使ったが、１色で、色の濃さを解析して発現の大小を比べることもできる。
また、実際は、2種類の発光波長はコンピュータで重ね合わせ、擬似カラーで表示させる。
●あらかじめ、解析に使う配列がわかっていなければこの実験はできない。
●DNAをガラス状に設置する方法はいろいろある。たとえば、そのガラス上でDNAを化学的に合成することもできる。
●加えたｃDNAとガラス上のDNAが結合するように、核酸が塩基対を形成することを「ハイブリダイゼーション」という。
●ｃDNAを使わず、直接ｍRNAとDNAをハイブリダイゼーションさせることも多い。
●データの信頼性を上げるために、対照として、センスとアンチセンスのプローブを別々に用意したり、変異が多い箇所がわかっていれば（この実験は配列の相補性に依存しているので、細胞ごとに違う位置に変異が入ってしまうと誤差が生じる）、それぞれの変異に対応したプローブを別々に用意したりすることもある。
●現在では、マウスやヒトの全ゲノム情報をカバーするための特別なマイクロアレイが購入可能である。

#高校生物
#バイオテクノロジー 
#マイクロアレイ

DNAマイクロアレイ　高校生物発展

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
遺伝子組換えについて講義します。遺伝子組換え技術の発明は、生命科学・医学に起きた革命です。
覚え方「ウイルスのDNAを切断してその増殖を制限するから制限酵素。DNAリガーゼのリガーゼは、ligate連結するという意味）」

●遺伝子を運ぶもの（遺伝子部分のＤＮＡを入れておくもの）をベクターという。ベクターにはプラスミドという細菌のもつ小さな環状ＤＮＡが使われることが多い（他にも、ウイルスがベクターとして使用されることも多い）。
＊「ベクター」という語はもともと「運ぶもの」を意味する。数学・物理学の「ベクトル」も同じ語源である。
＊厳密には、ベクターは「組換えDNA実験において制限酵素などにより切断したDNAの断片をつないで増幅させるために用いる小型の自律的増殖能力をもつDNA分子」のこと。
＊細胞内で複製し、安定に娘細胞に分配されること、細胞内から容易に回収できることなどが良いベクターの条件である。

＜Ｑ．ベクター＝プラスミドと思っていい？…厳密には、あまりよくない。ベクターは「遺伝子の乗り物」みたいなイメージ。ベクターには、プラスミド（原核細胞がもつ環状の小さなDNA）の他にも、ウイルスなどが使える。ベクターが「乗り物」、プラスミドが「自転車」みたいなイメージ。プラスミドの他にも、いろいろなベクターがある。＞

●以下のような手順で大腸菌に生物Aの遺伝子Aを導入し、生物Aのタンパク質Aを大腸菌につくらせることができる。
①生物Aの遺伝子Aを制限酵素で切り出す（DNA断片を得る）。
②遺伝子の運び屋（ベクター）として使うプラスミド（原核生物がもつ小さな環状DNA）を①と同じ制限酵素で切る。
③①で得たDNA断片と②のプラスミドを、DNAリガーゼでつなぐ。
⓸③のプラスミドを大腸菌に導入する。大腸菌は、我々が導入した遺伝子Aを発現し、タンパク質Aを合成する。また、大腸菌は、我々が導入したプラスミドごと分裂してくれるので、簡単に遺伝子を増幅できる。
●外来遺伝子が導入された生物をトランスジェニック生物という（少し狭い定義だがトランスジェニック生物を「単離した遺伝子を胚的な細胞に注入したとき、その遺伝子を新たに染色体に組み込んだ生物個体のこと」と定義することも多い）。
●遺伝子（DNA断片）をプラスミドに組み込む際は、方向性にも注意する。１種類の制限酵素で組み込みたいDNA断片とプラスミドを切った場合、（切り口が同じなので）DNA断片が逆向きに組み込まれてしまう可能性がある。面倒だが、２種類の制限酵素を使って、DNA断片の両端の塩基配列を変えれば、このような失敗はなくなる。
noteに簡単な図がある。
https://note.com/yaguchihappy/n/nb64798ff8688



＜Ｑ．どうして大腸菌にヒトのＤＮＡを組込むの？意味はあるの？…たとえば、ヒト成長ホルモン遺伝子を導入したプラスミドを大腸菌の中に入れて大腸菌を増殖させると、大腸菌は自分の持つ染色体ＤＮＡのほかに、あなたが導入したプラスミドも複製してくれるので便利である。このように、『ＤＮＡ断片を増幅させる操作』をクローニングという。大腸菌にヒトの遺伝子を導入し、ヒトのタンパク質を転写・翻訳によってつくらせることも可能である（その際は、大腸菌などの細菌にスプライシングのしくみが無いことに注意。スプライシングが起こってはじめて正常なタンパク質の情報を持つような場合は、あらかじめスプライシングが起きた後の成熟ｍＲＮＡを逆転写してｃＤＮＡとし、それをプラスミドに組み込む必要がある）。＞



cDNAについての講義
   • ｃDNA（相補的DNA）　高校生物発展  

●制限酵素は、もともと細菌が持っていた酵素で、ウイルスなどの外来ＤＮＡを切断し、ウイルスの侵入と活動を「制限」するためのものである。細菌自身のＤＮＡも切断してしまうのでは？と思うかもしれないが、細菌は自身のＤＮＡの制限酵素が認識する配列をメチル化（塩基がメチル化されている。メチル化されたＤＮＡ領域は、様々なタンパク質との親和性が下がり、遺伝子発現が調節されていると考えられている。また、制限酵素による切断が阻害されることも知られている）し、制限酵素が働けないようにしている。
なお、制限酵素の認識配列は回文配列であることが多い。回文配列は、ひっくり返しても同じ配列になっているので、DNA上の出現頻度が下がる。制限酵素で自分のDNAを間違えて切ってしまわないようにするためかもしれないが、その原因はよくわかっていない。
＜Ｑ．回文配列って何？…たとえば、２本鎖の一方の鎖が3’ＡＡＡＡ5’という配列だったとすると、もう一方の鎖の配列は5’ＴＴＴＴ3’である。しかし、回文配列の場合、3’ＧＡＡＴＴＣ5’という配列の、もう一方の鎖の配列を見てみると、5’ＣＴＴＡＡＧ3’となっている。3’側から読むと、全く同じ配列になっている。これを回文（前から読んでも後ろから読んでも同じ文）であるという。「たけやぶやけた」や、「しんぶんし」を回文という。＞

制限酵素認識配列の出現頻度に関する問題
   • 塩基配列の出現確率・制限酵素の認識配列　高校生物発展  

問題：遺伝子組換え技術においても使用される、ＤＮＡをつなぐ「のり」の役割をする酵素は何か。
答え：ＤＮＡリガーゼ

問題：細菌から精製される、特定の塩基配列でＤＮＡを切断する酵素を何というか。
答え：制限酵素

●遺伝子の組換えのことを「組換え」と書き、タンパク質の組み換えのことをあえて送り仮名を変えて「組み換え」と書くことがある（ただし「組み換え」は使わないことが多い）。このマイナーなルールを高校生に得意気に語る講師もいるが、たとえば、岩波生物学辞典に「組み換え」の語はない。まあ高校生は「組み換え」などと書く必要はない。すべて「組換え」と書けばよい（逆に、問題文や教科書に使われている「組換え」以外の送り仮名を使うと、×にされる可能性がある）。

#バイオテクノロジー
#高校生物
#遺伝子組換え

遺伝子組換え（制限酵素・DNAリガーゼ）　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
電気泳動法についてわかりやすく講義します。
語呂「マイDNA（マイナスに帯電、DNA）」どうしようもない語呂ですね。ふつうに、リン酸部分で電離が起こるはずだから、負に帯電すると理解した方が早いですね。
●電気泳動法は、DNAを長さによって分離する方法である。ゲルにマーカーを流してバンドの位置から分子量を推定したり、ゲルを切り抜いて特定の長さのDNAだけを得たりできる。「ＤＮＡが制限酵素（ＤＮＡを切断する酵素）できちんと切れたか」「ＰＣＲ法で目的のＤＮＡ断片がきちんと増幅できたか」等、実験の進行チェックに用いることも多い。

＊情けない話ですが、僕は、こんな簡単な実験でもよく失敗していました。泳動槽にバッファー（泳動槽内のｐＨを安定化させる溶液）を浸し、ゲルをセット、ＤＮＡを注入し、電源を入れます。DNAはゲルの中を、プラスの電極目指して動き出します。
十分な分離には数十分くらいかかるので、その間、友達とおしゃべりしたりして休憩します。そして時間を忘れ、ハッとして慌てて研究室に戻り、電気泳動装置の電源を止めると、すでにＤＮＡはゲルを通り抜け（ゲルの中を進み、そのまま最後まで行き切ってゴールし）、泳動槽に拡散してしまっているのです。
もちろん泳動像を撮っても何も写りません。はじめからやり直しです。普通はこんなバカな失敗はしないのですが、僕はバカでした。

問題：ＤＮＡは水中で①負②正　どちらに帯電しているか。
答え：①（リン酸部分がＨ＋を放出し負に帯電している）

問題:電気泳動において、DNAはどちらの極に進むか。①マイナス極②プラス極
答え:② 先ほどの問題で見たようにDNAは負に帯電しているので、プラス極に進む。

 #バイオテクノロジー
#電気泳動
#高校生物

電気泳動法　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
セントラルドグマの発展講義として、転写と翻訳の方向性等について講義します。
語呂「ゴミ方向（ご５み３方向。リボソームはｍRNA上を5´→3´の方向へ動く）」

●転写の方向性：RNAポリメラーゼは、DNA上を動きながら、合成途中のRNAの3´末端にヌクレオチドを付加していく（DNAもRNAも、3´末端側しかヌクレオチドを付加できない）。したがって、合成途中のRNAでは、RNAポリメラーゼから遠い方が5´末端になっている。
●翻訳の方向性：リボソームはｍRNA上を5´→3´の方向へ動く。リボソームから伸びたポリペプチドは、リボソームから遠い方がN末端になっている。

＜Ｑ．センス鎖、アンチセンス鎖って何？…転写を考えたとき、非鋳型鎖をセンス鎖、鋳型鎖をアンチセンス鎖という。センスというのは「意味を持つ」といった意味。どうして非鋳型鎖をセンス鎖というのかというと、非鋳型鎖のほうがＲＮＡの配列に似ているからである（TをUに変えれば、RNAと同じ配列になる）。遺伝子配列を他人に示すときは、非鋳型鎖（センス鎖）を示すのが普通。問題文でも、何の説明もなく片方の鎖の遺伝子の配列が書かれていたら、それは非鋳型鎖（センス鎖）の配列と思ってよい。＞

●シャイン・ダルガーノ配列はリボソーム結合部位と呼ばれる配列である。AUGのコドンは、開始コドンとして働くほか、メチオニンを指定しているので、どのAUGが開始コドンなのかを正確に決めておく必要がある。そのために、原核生物では、開始コドンのすぐ上流に「この後にあるAUGは開始コドンのAUGでっせ！」というメッセージを込めてシャイン・ダルガーノ配列を用意している。ｍRNA上のシャイン・ダルガーノ配列（AGGAGGU）に、ｒRNAの配列が結合すると考えられている。
●真核生物では、１本のｍRNAに（例外はあるが基本的に）１つの開始コドンと１つの終止コドンしか持たない（原核生物はそれらを複数１本のｍRNAに持つ）。したがって５´末端のキャップのある所にリボソーム（正確には小サブユニット）と親和性の高い構造が形成される。そこから３´方向へスキャンしていき、初めに出会ったAUGが開始コドンとなる。真核生物のｍRNAの５´キャップにはリボソームを呼び寄せる働きがあるのである。
●RNAポリメラーゼは、鋳型鎖の５´方向に動くのだが、慣習的に（RNAの３´末端を伸長しているので）「転写は５´から３´の方向へ起きる」などと言ってしまうことが多い。
●スプライシング等の修飾が起きる前のRNAを単に「RNA」、起きた後の完成したものを「ｍRNA」などと呼び分ける場合があるが、特に厳密な決まりはない。
●通常、１０個以上のアミノ酸がつながったものを「ポリペプチド」と言う。天然に存在する分子量５０００以上のポリペプチドを一般に「タンパク質」と言う（しかし厳密な定義はない）。
●転写と複製を混同しないように。転写は、RNAポリメラーゼが部分的にDNAのらせんをほどきながら行う。24時間行っている（セントラルドグマの規則に則って行う）タンパク質合成の１ステップである。
複製は、細胞分裂を行う際、S期に行う。DNAを２倍量に増やす作業である。複製ではDNAのらせんは完全にほどかれ、合成された新鎖とともに新しい２つのDNA分子を形成する（半保存的複製という複製方式である）。生じた２つのDNA分子はしばらくタンパク質でくっついているが、M期の後期に分離される。
●真核生物では、スプライシング（選択的スプライシングにより多様なタンパク質をつくるするため）、５´キャップの付加（核の外でリボソームを呼び寄せるため）、３´ポリAテールの付加（RNAの寿命を調整するため）という、３つのRNAの修飾が核内で起こる（それぞれの意義は完全には解明されていない）。
つまり、核膜は、生物基礎では「DNAを守る」役割をもつと習ったかもしれないが、それだけではなく、実際は「RNAの修飾の場を提供する」役割ももつのである。

※申し訳ありません。DNAの二本鎖の方向性を示すスライドで、５´のダッシュ（プライム）「´」が、アポストロフィー「’」の形になっています。正しくはダッシュ（プライム）「´」です。ただし、あまり厳密な書き分けのルールはなく、「´」を「’」と表記することもあります。たとえば東北大学２０１５入試問題第２問、高校生物教科書（東京書籍　東書・生物301）、『ベーシックマスター分子生物学改訂２版』（オーム社）、『現代化学史』（京都大学学術出版会）、『遺伝子・染色体検査学』（医歯薬出版株式会社）、『バイオ実験イラストレイテッド②遺伝子解析の基礎』（秀潤社）ｐ５０、『イラストレイテッド　ハーパー・生化学』（丸善）ｐ４２５など。

0:00 転写の方向性
2:06 センス鎖とアンチセンス鎖
3:07 一方の鎖が鋳型鎖となる
3:29 ヌクレオチド
4:37 転写とRNAポリメラーゼ
5:06 翻訳の方向性
7:33 原核生物と真核生物の違い

#遺伝子
#高校生物
#セントラルドグマ

転写と翻訳の方向性【セントラルドグマ】　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
ホメオティック遺伝子について講義します。
語呂「褒めるの大切！個性が伸びる！（ホメオティック遺伝子は体節に個性を与える）」
●ホメオティック遺伝子には、ホメオボックス（１８０塩基対からなる）と呼ばれる共通の配列があることが多い。
●ホメオボックスにコードされるタンパク質の領域はホメオドメイン（６０アミノ酸からなる）と呼ばれる。
●ホメオティック遺伝子は転写因子をコードしている（ホメオドメインの領域がDNAとの結合に関わる。ホメオドメインは、ヘリックス・ターン・ヘリックスという、多くのＤＮＡ結合タンパクがもつ特徴的な構造をもつ。一般に、ホメオドメインをもつタンパク質は、ＤＮＡに結合し、転写因子としてはたらく）。
●ショウジョウバエのホメオティック遺伝子と相同な遺伝子は、ほとんどすべての動物に見出されており、ショウジョウバエのものも含めてHox遺伝子（ホックス遺伝子）と呼ばれている。
●Hox遺伝子にコードされているタンパク質には、DNA結合領域であるホメオドメイン（ホメオボックスにコードされる領域）が含まれている。「Hox」は「ホメオボックス homeobox」の略に由来する。
●はじめ、ホメオティック突然変異（体の構造の一部が別の構造に変化する形態形成異常変異）の原因遺伝子として、ホメオティック遺伝子が発見された。しかし、その後、同じような遺伝子が脊椎動物にも存在することがわかり、Hox遺伝子という総称がついた。
●最初のホメオボックスがショウジョウバエで発見されるやいなや、生物学者たちは、そのホモログ（進化の過程で一つの共通祖先遺伝子に由来すると考えられる遺伝子）が脊椎動物にも存在するのではないかと予想した。そして実際にHox遺伝子が発見されたのである。
●Hox遺伝子は、「ホメオボックスをもつ遺伝子の中で、ショウジョウバエのアンテナペディア遺伝子群とバイソラックス遺伝子群に帰属するホメオティック遺伝子群を足し合わせたものと進化的起源を共有すると考えられる遺伝子群」を指すことが多いが、定義には揺れがある。高校生は今使っている教科書に解釈を合わせればよい。
●ギャップ遺伝子→ペア・ルール遺伝子→セグメント・ポラリティ遺伝子の順番で遺伝子群（これら３つの遺伝子群を分節遺伝子という）がはたらき、体節の位置を決めていく。そして、それぞれの体節に個性を与えるのがホメオティック遺伝子である。
語呂「ギゅっとペアルックのホリデイ（ギャップ、ペア・ルール、セグメント・ポラリティの順番ではたらく）」
それぞれの分節遺伝子の名前の由来は、それぞれの遺伝子群に変異が起きると、体節に大きな欠落（ギャップ）ができる、２つに１つが欠落する（ペア・ルール）、極性がおかしくなる（ポラリティが極性という意味）ことから。

分節遺伝子や、Hox遺伝子群についての講義はこちら。
   • 分節遺伝子・ホメオティック遺伝子・Hox遺伝子群【ショウジョウバエの発生】...  



＊ホメオティック遺伝子＝Hox遺伝子とすることもあります。
＊生物界を見渡せば、ホメオボックスを持たないホメオティック遺伝子も多数あります（ホメオティック突然変異の原因となる遺伝子をホメオティック遺伝子とすれば）。
たとえば、植物のABCモデルにおいて、A～C遺伝子はホメオティック遺伝子です（体のどこに何をつくるか決める）。しかし、これらの遺伝子産物のタンパク質がもつDNA結合ドメインは、（ホメオボックスにコードされる）ホメオドメインではなく、（MADSボックスにコードされる）MADSドメインです。
＊内部にホメオボックスがある遺伝子でも、ホメオティック遺伝子でない遺伝子もあります（ホメオティック突然変異の原因となる遺伝子をホメオティック遺伝子とすれば）。
＊ホメオボックスを持つ遺伝子をホメオボックス遺伝子といい、その一部を（ホメオボックスを持ち、同一染色体上にクラスターを形成し、多細胞生物のボディプランに関わる制御遺伝子を）Hox遺伝子と呼ぶこともあります。
＊Hox遺伝子を持つことを、動物の共通の特徴とすることもあります。
＊ショウジョウバエに対してホメオティック遺伝子という名称を、脊椎動物に対してHox遺伝子という名称を用いることもあります。
＊Hox遺伝子をhomeobox遺伝子の略とすることもあります。ただし、ホメオボックスをもつ遺伝子の中の１つのグループをHox遺伝子とすることも多いです。
＊ホメオティック遺伝子の定義に教科書間で揺れがありますが、高校生は、『ホメオティック遺伝子』と『ホメオティック突然変異』しかテストにほとんど出ませんから、用語の定義の議論については気にしなくて大丈夫です。

●ホメオティック突然変異体の例
①アンテナペディア突然変異体（触角が脚に置き換わった）
②ウルトラバイソラックス突然変異体（平均棍が翅に置き換わった）
●アンテナペディア突然変異体では、触角（antenna）が脚（pedis）に転換されている。ウルトラバイソラックス突然変異体では、二重（bi）の胸部（thorax）と2対の翅が生じる（正常な双翅目のショウジョウバエは、その双翅目の名の通り、1対の翅しか有しない）。
●ショウジョウバエは双翅目（そうしもく）であり、その名の通り、通常は翅は１対である。ハチなどは２対の翅をもつ。双翅目は4枚翅の昆虫から進化してきたと考えられているので、翅を4枚もつウルトラバイソラックス変異体は、先祖返りとも言える（ただし、進化に関わった遺伝子については確定していない）。


問題：アンテナペディアやバイソラックスなど、その遺伝子に変異が起きると体節に正常な構造が生じなくなる遺伝子をなんというか。また、そのような遺伝子に生じた変異（体節に本来できるはずの構造ができない変異）を何というか。
答え：ホメオティック遺伝子、ホメオティック突然変異

●さらにパワーアップしたい人は、ショウジョウバエで見つかったホメオティック突然変異について教科書で復習しておきましょう。 

#発生
#ホメオティック遺伝子
#高校生物

ホメオティック遺伝子【発生】　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
オペロン説について講義します。
語呂「じゃあ、物をペロペロする（ジャコブ、モノー、オペロン説）」
語呂「プロのオペはこうだぞ！（プロモーター、オペレーター、構造遺伝子はこの順番で並んでいる）」意味のない語呂ですね。すみません。
覚え方「ひとつのオペレーターに制御されるから、オペ　ロン　という。オペロンはもともとオペレーターに制御されるひと単位という意味。」
覚え方「転写を促進するからプロモーターという。実際、遺伝子組換え技術を用いてプロモーターを強力な配列に取り換えることで転写速度を上げることもできる」

「環境から受け取ることができる唯一の指令は、調節タンパク質の介在によるものであって、それはひとつの信号、すなわち進行または停止である。それゆえ、遺伝のメッセージの読み取りは、喫茶店のジュークボックスが出す音楽に似ている。ボタンのひとつを押すことによって、その機械のレコードの中から聞きたいと思うレコードを選ぶことができる。」ジャコブ『生命の論理』

＊リプレッサーはタンパク質部分でDNAに結合します。板書のようにトリプトファンは馬鹿でかくないし、トリプトファンがDNAに結合することはありません。板書は不正確です。念のため。（実際は、トリプトファンオペロンのリプレッサーは、アロステリックタンパク質であり、トリプトファンとの結合によってその立体構造を変化させ、DNAとの親和性を高める。結果、リプレッサーは強くDNAに結合し、構造遺伝子の発現を抑制する）。
オペロン説の発展的な講義はこちら。
   • オペロン説（発展編）　高校生物発展  

●リプレッサーが結合するDNA領域をオペレーターという。
●調節タンパク質によって発現が調節され、酵素などをコードしている遺伝子領域を『構造遺伝子』という。以下にポイントをまとめておく。
①遺伝子の中には、他の遺伝子の働きを調節する調節遺伝子という遺伝子がある。
②調節遺伝子から調節タンパク質（リプレッサーなど）がつくられる（調節遺伝子は調節タンパク質のアミノ酸配列をコードしている。調節遺伝子が転写・翻訳され、調節タンパク質が合成される）。
③調節タンパク質はＤＮＡのオペレーターに結合することで、構造遺伝子（酵素などのタンパク質を支配する遺伝子）を発現を調節する
なお、調節タンパク質には転写を抑制するもの（リプレッサーという）と、活性化させるもの（転写活性化因子とよぶことがある）がある。
●もともと、「単一のオペレーターによってまとめて転写が調節される遺伝子群」の単位を、「オペロン」と呼んでいた。「オペロン」の「オペ」は「オペレーター」の「オペ」である。
●リプレッサーがDNAのオペレーター」に結合していると、RNAポリメラーゼがプロモーターに正しく結合できず、転写は抑制される。
●実際は、トリプトファンオペロンの場合は、オペレーターはプロモーターの内部にある。ラクトースオペロンの場合、プロモーターとオペレーターは重なっている（厳密には、オペレーターの１つはプロモーターと隣り合っており、もう一つのオペレーターはlacZのコード領域内にある。四量体であるリプレッサーは、2か所のオペレーターに同時に相互作用し、その結果、DNAのループが形成される。すると、RNAポリメラーゼとプロモーターの結合が抑えられる）。
●オペロン説が発表された当時、リプレッサーは単離されておらず、それがRNAなのかタンパク質なのかさえわかっていなかった。

＜Ｑ．ラクトースとかトリプトファンって何？…ラクトースの別名は乳糖。哺乳類の乳にも豊富に含まれる糖。トリプトファンはアミノ酸の一種。＞

●トリプトファンオペロン（宿主がトリプトファンを多く食事を含む食事をしている時など、トリプトファンを大腸菌が自分で合成する必要がない場合は、トリプトファン合成にかかわる酵素の発現は抑制されている）：リプレッサーがトリプトファンと結合し、活性化される（オペレーターとの親和性が上がる）。活性化したリプレッサーによって、トリプトファン合成酵素（トリプトファンの合成にかかわる数種類の酵素の遺伝子群）の遺伝子の転写が抑制される。
●ラクトースオペロン（ラクトースがあり、グルコースがない場合のみ、ラクトース分解にかかわる酵素群が発現される）：グルコースがなくラクトースがあるとき、リプレッサーがはずれる（ラクトースが変化したアロラクトースがリプレッサーに結合する。すると、リプレッサーの立体構造が変化し、リプレッサーのオペレーターに対する親和性が下がる）。その結果、構造遺伝子の転写が活性化される。
●ラクトースオペロンのCAPによる調節：細胞内にグルコースが豊富にある場合、別な仕組みが働き、ラクトース分解に関わる酵素群の転写は抑制されることが知られている（細胞内にグルコースがないとき、大腸菌はｃAMPを生産する。ｃAMPがCAP[環状AMP受容タンパク質]というタンパク質に結合すると、CAPはDNAに結合できるようになり、ラクトース分解に関わる酵素群の転写を活性化させる[オペロンをONにする]）。
つまり、①グルコースがなく（CAPが活性化し）、②ラクトースがある（リプレッサーがオペレーターからはずれる）時にのみ、オペロンがONになる。
＊ジャコブとモノーが提示したオペロンのモデルは「グルコースとラクトースが両方存在している培地で生育している大腸菌がラクトース分解酵素を発現しないのはなぜか」という疑問に触れなかった。実際は、上述のように、CAPが関係していた。
●ラクトースオペロン、トリプトファンオペロンにおいては、調節タンパク質＝リプレッサーと覚えて問題ない。真核生物では、ふつう、遺伝子の発現調節に、転写を活性化する調節タンパク質も多くかかわる。（大学内容なので覚えなくてよいが、大腸菌のアラビノースオペロンの調節遺伝子の生成するタンパク質のように、そのままではリプレッサーとして負の制御を行うが、アラビノースと結合するとオペロンの転写を積極的に行わせるような正の制御物質となる場合もある。）アラビノースオペロンについてはnoteを参照せよ。
●ジャコブとモノー（２人ともフランス生まれ）は大腸菌において、関連した一連の生合成経路をコントロールする遺伝子は、染色体上にランダムに配置されているのではなく、一つのグループをつくって存在することを明らかにし、このユニットを「オペロン」と命名した。彼らは、ＤＮＡからリボソームへ情報を伝達する分子（ｍＲＮＡ）の存在も予測していた。
●原核生物のｍＲＮＡは合成され次第リボソームが結合し翻訳がはじまる。しかし、真核生物のｍＲＮＡには、スプライシングが終了したことをあらわす目印があり、その目印が付加されない限り核から出られない。真核生物では、スプライシング（や、大学で学ぶが、５'キャップの付加、ポリＡテールの付加[ポリアデニル化]）が終了しない限り、未熟なｍＲＮＡは核から出れず、翻訳のステップに進むことは出来ない。
●入試に合わせて動画のように説明したが、たとえば「リプレッサーのみでオペロンが調節されている」という定説はすでに覆されている。たとえば、トリプトファンオペロンにおいて、実際はトリプトファン濃度の上昇による転写減衰（attenuation：プロモーターから始まり転写減衰域付近まで転写されてきたｍRNAの合成が、細胞内トリプトファン濃度がある程度以上高い時はその位置で終末する）が関わっている。実際の話は大学で学んでほしい。
●一般に、原核生物のｍＲＮＡは複数のタンパク質の情報を含むが、真核生物のｍＲＮＡは１つのタンパク質の情報しか含まない。

＊以下の問題は、トリプトファンオペロン、ラクトースオペロンの両方について学んでから解いてください。

問題：大腸菌において、ラクトース分解にかかわる酵素は、培地にグルコースがなくラクトースがある場合、ふつう①合成される　②合成されない　どちらか？
答え：①（グルコースがある時はグルコースを優先的に使うが、グルコースがなく、ラクトースがある場合はラクトース分解に関わる酵素を発現する）

問題：大腸菌において、一般に、トリプトファン合成にかかわる酵素は細胞内にトリンプトファンがあると合成①される②されない　どちらか？
答え：②（自分でトリプトファンを合成する必要はない）

問題：リプレッサーのように、遺伝子の発現を調節するタンパク質のことを一般に何というか。
答え：調節タンパク質（調節タンパク質は転写因子ともいう[大学では転写因子と言うことが多い]。調節タンパク質をコードしている遺伝子を『調節遺伝子』という）

問題：リプレッサーなどの調節タンパク質（遺伝子の発現を調節するタンパク質を調節タンパク質という）をコードする遺伝子を何というか。
答え：調節遺伝子
（リプレッサーなど、転写を調節するタンパク質は調節タンパク質とよばれる。リプレッサーという調節タンパク質は、DNAのオペレーターという領域と結合し、転写を抑制する。高校ではあまり習わないが、転写を促進する調節タンパク質[アクチベーターなどと呼ばれる]もある。調節タンパク質をコードしている遺伝子領域を『調節遺伝子』という。）

問題（発展）：ある変異Xが起きた大腸菌がいる。
この変異Ｘをもつ大腸菌は、ラクトースの有無にかかわらず、常にラクトース分解酵素を発現している。
この大腸菌に、リプレッサー遺伝子（調節遺伝子）が入ったプラスミドを新たに導入したが、変化はなく、常にラクトース分解酵素を発現してた。正しいのはどちらか。
①変異Xは調節遺伝子に起きた変異であり、正常なリプレッサーがつくれない。
②変異Xはオペレーターに起きた変異であり、そのオペレーターにリプレッサーが結合できない。

答え：②（①ならば、正常なリプレッサーをつくる調節遺伝子を別に導入すれば、そのリプレッサーがオペレーター[リプレッサーが結合するＤＮＡ領域]に結合し、ラクトース分解酵素の発現を止めるはずである。②のように、オペレーター[リプレッサーが結合するＤＮＡ領域]に変異がある場合は、今回のように、新しい正常なリプレッサーをつくる調節遺伝子を導入しても、それがくっつく場所が壊れているので、意味がない。リプレッサーは壊れたオペレーターにくっつくことができず、ラクトース分解酵素がずっと発現しっぱなしになってしまう）



#遺伝子
#オペロン説
#高校生物

オペロン説①（トリプトファンオペロン）　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
ジデオキシ法（サンガー法）を用いたDNAの塩基配列解読法について講義します。
語呂「爺でぬくぬく、身長止まる（ジデオキシヌクレオチドが取り込まれると鎖の伸長が止まる）」

問題:サンガー法において、ジデオキシヌクレオチドがDNAポリメラーゼの基質に使われると、DNA鎖の伸長が止まる。何故か。OH基という語を用いて答えよ。
答え:ジデオキシヌクレオチドには3’にOH基がないので、新たなヌクレオチドが合成された鎖に結合することができないから。

●板書のデオキシヌクレオチドは、正確には2’-デオキシリボヌクレオシド三リン酸という。ヌクレオシドというのは、塩基と糖がくっついたものという意味である。そのヌクレオシドに三個のリン酸がついている。
ジデオキシヌクレオチドは、正確には2’,3’-ジデオキシリボヌクレオシド三リン酸という。
●1977年、Sangerにより開発されたDNA塩基配列決定法を、ジデオキシ法、又はサンガー法という。DNAポリメラーゼのDNA鎖伸長反応を利用する。まず、解析したい一本鎖DNAを鋳型として、それに結合する短いプライマーを加える。DNAポリメラーゼと、基質として4種類のデオキシリボヌクレオチド（dNTP。NはそこにATCG何が入ってもいいと言う意味である。）を加え、プライマーの3’末端からDNA合成を行う。
このとき、ジデオキシリボヌクレオチド（ ddNTP）を少量加えると、これが取り込まれたところでDNA鎖の伸長が停止する。
ddNTPはランダムに取り込まれるので、プライマーからさまざまな長さのDNA鎖が生成される。
塩基配列の決定には、4種類の異なるddNTPを使って4通りのDNA合成反応を行い、反応生成物をポリアクリルアミドゲルで電気泳動する。こうすると1つずつヌクレオチド数の異なる一連のバンドが現れ、塩基配列を決定できる（現在では今回見たように、一気に様々な色を使って標識塩基の位置をコンピュータで定めることができる）。当初は、バンド検出は放射性標識により行われていたが、現在では蛍光色素で標識し、自動DNAシーケンサにより光学的に読み取る方法が一般的である。

#高校生物
#ジデオキシ法
#サンガー法

ジデオキシ法（サンガー法）　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
翻訳について
   • 翻訳　高校生物  
転写と翻訳の方向性
   • 転写と翻訳の方向性【セントラルドグマ】　高校生物  

#翻訳
#生物基礎
#リボソーム

翻訳・リボソーム　高校生物基礎

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
感染症のPCR検査の原理について講義します。
●高校生向けに、高校生物のPCR検査に関する入試問題が解けるようになることを目的として解説しています。
●PCR（ polymerase chain reaction ）法は、核酸を大量に増幅する酵素的化学反応。温度変化の1サイクルでDNAのコピー数は倍加し、原理的にはn回のサイクル後には2のn乗倍になる。
PCRは、実際には、増やしたい配列をもつDNA、プライマー、4種のデオキシヌクレオチド（DNAの材料）、そして耐熱性のDNAポリメラーゼを最初に混合し、周期的な温度変化をコンピュータを用いて行う。
出発材料がRNAの場合は、逆転写酵素によってDNAに変換してから行う（そのようなPCRをRT-PCR[reverse transcriptase PCR]という）。

●DNAポリメラーゼには、好熱菌由来の耐熱性のものを使う。

●プライマーの語源はプライマリーと同じ。最初の、第一の、という意味。

●ポリメラーゼのポリは、たくさん、という意味。DNAもRNAもヌクレオチドという化学物質がたくさん繋がった物だが、ポリメラーゼはヌクレオチドをたくさん繋げ続けることでDNAやRNAを合成する。（DNAポリメラーゼはDNAを、RNAポリメラーゼはRNAを合成する。逆転写酵素は、RNAを鋳型にDNAを合成するので、RNA依存性DNAポリメラーゼとも呼ばれる）

●高校では習わないが、逆転写酵素が働く際もプライマーが必要である。

●RNAに使われているヌクレオチドとDNAに使われているヌクレオチドは異なる（RNAは糖にリボース、塩基にアデニン、ウラシル、シトシン、グアニンが使われる。DNAは糖にデオキシリボース、塩基にアデニン、チミン、シトシン、グアニンが使われる）。

●細胞は厳密にDNAとRNAを使い分けている。すぐに分解されるRNAに比べて、DNAは非常に安定である。おそらくそのことが理由の一つとなって、現在、DNAは全生物に遺伝物質、遺伝子の本体として利用されている。


※当然、プライマーが必要であるということはDNAポリメラーゼの弱点ではない。厳密に決められた条件・場所ではたらかなければならないという制御を受けている可能性がある。念のため。
※当然、新型コロナウイルス検出のプロトコールでは、厳密なPCR条件が規定されています。今回の板書とは異なるところもあります。念のため。
※最近撮影した動画では、マスクを着用しています。普段生徒たちが使う黒板で授業をしているので、（消毒を徹底していますが）念のために、飛沫を減少させています。個人的な考えに基づいた行為です。ご了承ください。申し訳ありません（後、これは変な話なのですが、授業内外の様々な場面で、生徒たちにマスクの着用を推奨している中で、僕がマスクを外して自由に楽しく授業をしているのが、なんとなく、嫌な感じがするのです）。

#高校生物
#PCR検査
#PCR

PCR検査の原理　高校生物

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 
DNAの構造（右巻きDNA・左巻きDNAなど）について解説します。
語呂「CGは３（CとGは3本の水素結合。CとGを左右反転させて、上下にくっ付けると、３という字に見える。）」
語呂「あぐあぐとプリン食べる（AとGはプリン塩基）」
●DNA分子の二重らせんの立体構造は、周囲の相対湿度の減少により段階的にB，C，A型の順に塩基対の間の距離が小さい状態に変換する。ワトソン・クリックのDNAモデルに相当するB型構造は、90％以上の湿度下の状態で、水溶液中のDNA分子の構造を示し、右巻きらせんである。
一方、高塩濃度下でグアニンとシトシンが交互に連なったDNA分子は左巻きらせんのZ型構造をとることがある。Z型構造は通常のB型構造に比べて塩基対の間の距離も長くなり、らせんのピッチも延びるので、この構造状態の部分にはタンパク質などの分子が結合しやすく反応性に富むと考えられるが、役割については不明である。左巻きらせんは、リン酸基間を結ぶ線がジグザグ(zig-zag)状なことから、Z型DNA(Z-form DNA)と呼ばれる。
●AとTの間の水素結合は２本。CとGの間の水素結合は３本なので、AとTの結合は、CとGの結合より弱い。関係する問題が過去早稲田で出題された。
●二本鎖DNAが右巻きであることは過去明治大が出題している。

#DNA
#高校生物
#左巻きDNA

ジデオキシ法（サンガー法）　高校生物

シリーズ

遺伝子【高校生物】 #30

説明

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ジデオキシ法（サンガー法） 高校生物

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