高校生物基礎 転写と翻訳—DNAからタンパク質へ情報が伝わる順序を追う｜武蔵野個別指導塾

DNAの鋳型からmRNAを作る操作と、開始から終止まで対応表を読む操作を順番に練習してください。

よくあるのは、定期テスト前の高校生が「転写でタンパク質が直接できる」と書いてしまう場面です。DNAから何かが作られることは覚えていても、途中に入るRNAと、その情報を読む場所が抜けると、転写と翻訳を区別できません。まず生成物を一つずつ確かめ、矢印の順序に沿って説明する練習から始めましょう。

問われ方を3つに分ける

1つ目は、名称と生成物の組合せです。DNAの情報をもとにRNAが作られる過程と、RNAの情報をもとにアミノ酸がつながる過程をそれぞれ何と呼ぶかが問われます。答えは語句の暗記だけでなく、元になるものと生成物を一緒に言えるかで確かめられます。

2つ目は、塩基配列の読み取りです。DNAのどちらの鎖を示しているか、配列をどちら向きに書いているかを確認し、相補的な塩基を対応させます。その後、問題で示された位置からRNAを3塩基ずつ区切り、対応表を使ってアミノ酸を並べます。DNAをそのまま3文字ずつ表に当てはめると、表がRNA用である条件を落としてしまいます。

3つ目は、誤った説明の修正です。「転写によってRNAができる」「翻訳によってアミノ酸がつながる」という2段階を入れ、どちらの段階で何が生じるかを短い文にします。両方の名前を書いても順番が逆なら、情報の流れの説明にはなりません。

RNAを中継して情報を読む

DNAの遺伝情報は塩基の並びに含まれています。その情報を利用してタンパク質が作られるとき、まずDNAの一方の鎖を鋳型としてRNAが合成されます。この過程が転写です。鋳型とは、対応する塩基を選ぶ際の手本となる鎖です。DNAの両方の鎖を同時に一続きのRNAの鋳型とするわけではありません。

RNAにはDNAと共通するA、G、Cに加えて、DNAのTに代わるUという塩基があります。転写で鋳型鎖のAにはRNAのU、TにはA、GにはC、CにはGが対応します。塩基名の組を覚える際は、今見ているのがDNAなのかRNAなのかを書き添えましょう。

作られたRNAのうち、タンパク質の合成に情報を伝えるものがメッセンジャーRNA、すなわちmRNAです。真核細胞ではDNAの情報から核内でRNAが作られ、mRNAが核から細胞質に出てリボソームで読まれます。図1の矢印は情報が利用される順序を示す模式図で、DNAがRNAへ物質として変身する意味ではありません。

図1のように、RNAを作る転写と、RNAの情報からタンパク質を作る翻訳は別の段階です。翻訳ではmRNAの塩基を3個ずつひとまとまりにして読みます。この3塩基の組をコドンと呼び、対応するアミノ酸が順に結ばれます。アミノ酸の並びがタンパク質を構成する鎖の順序を決めます。

コドンには、アミノ酸を指定するもののほか、翻訳の開始や終結に関わるものがあります。終止コドンはアミノ酸の名前ではありません。問題に示された開始位置や終止の条件を使い、余分な文字まで読み続けないことが大切です。なお、RNAが作られてから成熟するまでの細かな過程には立ち入りません。

基本例題: 鋳型鎖から順にたどる

次は配列と対応表を自作した問題です。あるDNAの鋳型鎖の一部分が、左から右へ3’末端から5’末端の向きに TAC AAA CCG ATT と示されています。この部分に対応するmRNAの配列を左から5’末端から3’末端の向きに書き、次にできるアミノ酸の並びを左から名称で答えてください。mRNAの左端の3塩基から読み始め、終止の指示で読み終えるものとします。

この表は問題に必要な組だけを示した簡略表です。図2は、与えたDNAの鋳型鎖と転写後のmRNAを対応させた模式図です。矢印は情報をもとに次の段階へ進む順序を示します。

図2のように、先に問題文の「鋳型鎖」と向きを確認します。鋳型鎖を左から3’から5’へ読むとき、対応するmRNAは左から5’から3’の向きに並びます。各塩基に対応する文字を付けると、TACはAUG、AAAはUUU、CCGはGGC、ATTはUAAです。したがってmRNAは 5'-AUG UUU GGC UAA-3' です。

次に、指定された左端から3塩基ずつ表に当てます。AUGは開始を示し、メチオニンに対応します。UUUはフェニルアラニン、GGCはグリシンに対応し、UAAでは終止します。答えは「メチオニン、フェニルアラニン、グリシン」の順です。終止の指示は並びに加えません。

逆向きの確認も行います。得られたRNAのAUG、UUU、GGC、UAAに相補的なDNAの塩基を左から付けると、元のTAC、AAA、CCG、ATTに戻ります。表に戻しても、3つのアミノ酸の後に終止が来ます。RNAの配列と名称の両方が条件に戻ることを確かめると、転写と翻訳のどちらで誤ったかを分けて見直せます。

例えば最初に UAC と書いた場合は、DNAの鋳型鎖の文字をそのままRNAへ写している可能性があります。TをUに替える方法は、鋳型鎖と反対側のDNA鎖を対応する向きで示された場合に使える考え方です。どちらの鎖にも同じ操作をするのではなく、与えられた鎖の役割を先に決めます。

少し難しい例題: 鋳型ではない鎖が示されたら

別の自作資料では、転写に使われる鋳型鎖ではないDNA鎖の一部分が、左から5’から3’の向きに ATG GCT TCT TGA と示されています。この範囲の鋳型鎖を左から3’から5’の向きで、対応するmRNAを左から5’から3’の向きで書いてください。さらにmRNAの左端から読み始め、終止までのアミノ酸の並びを名称で答えてください。

まずDNAの2本の鎖が相補的に向かい合うことを使います。与えられた鎖に左から対応する鋳型鎖は 3'-TAC CGA AGA ACT-5' です。この鋳型から作られるmRNAは 5'-AUG GCU UCU UGA-3' です。AUG、GCU、UCUの順にメチオニン、アラニン、セリンが並び、UGAで終止します。

鋳型ではない鎖とmRNAを比較すると、同じ向きで並べたとき、DNAのTに当たる位置がRNAではUです。それ以外の位置は同じ文字になります。これを短い手順として使うことはできますが、鋳型鎖を経由する理由も確認してください。鋳型鎖からmRNAへの相補性を使うと、どちらの鎖が問題に与えられても判断できます。

確かめると、RNAに相補的なDNAはTAC、CGA、AGA、ACTで、求めた鋳型鎖と一致します。さらに鋳型鎖に相補的なDNAはATG、GCT、TCT、TGAとなり、与えられた鎖に戻ります。対応表に戻せば3つの名称と終止の位置も一致します。分かれ目は、文字列がどちらのDNA鎖なのかという条件です。

誤答を直すときの見取り図

誤答の例は「DNAが転写されてタンパク質になり、その後にRNAができる」です。原因は、転写と翻訳の生成物を区別せず、登場するものを覚えた順に並べたことにあります。図3のように、DNAからRNAができる矢印に転写、RNAの情報からタンパク質ができる矢印に翻訳と書き戻します。

図3の矢印は情報を利用する順序です。修正した文は「DNAの情報をもとに転写でRNAが作られ、そのRNAの情報をもとに翻訳でタンパク質が作られます」です。RNAがタンパク質へそのまま形を変えるという意味ではなく、RNAの配列に従ってアミノ酸がつながるという意味です。

別の誤答は、鋳型鎖の塩基を写し、TだけをUにすることです。これは鋳型ではない鎖を同じ向きで示された場合の関係を、鋳型鎖にも適用したために起こります。修正には、問題文の「鋳型」を丸で囲み、DNAの各塩基とRNAの相補的な塩基を1組ずつ対応させる手順が有効です。

また、終止をアミノ酸の1つとして書く誤りもあります。表の内容が「終止」なら、そこは読み終える目印です。直前までに指定されたアミノ酸を書き出し、終止の後を答えに含めていないか確認しましょう。開始位置を1文字ずらして読む誤りは、まず問題文の開始位置に印を付け、その位置から3個ずつ区切ることで見分けられます。

自分で解く4問

以下は練習用に作った配列と対応表です。各問で、与えた配列の部分を左から順に読み、指定された形式で答えてください。開始位置と終止位置は各問題の条件に従います。使用する表は必要な組だけを示したものです。

問1

あるDNAの鋳型鎖が 3'-TAC CTT GAA ATC-5' です。対応するmRNAを5’から3’の向きで書き、左端から読み始めて終止するまでのアミノ酸を名称で順に答えてください。表はAUGがメチオニンと開始、GAAがグルタミン酸、CUUがロイシン、UAGが終止を示します。

問2

鋳型ではないDNA鎖が 5'-ATG TTT CCT TAA-3' です。対応する鋳型鎖を左から3’から5’の向きで書き、mRNAを5’から3’の向きで書いてください。表はAUGがメチオニンと開始、UUUがフェニルアラニン、CCUがプロリン、UAAが終止を示します。左端から終止までに指定されるアミノ酸の名称も順に答えてください。

問3

あるmRNAの一部分が 5'-CCG AUG AAA GGU UGA GAA-3' です。開始は2番目の3塩基からとし、終止の指示で読み終えます。表はAUGがメチオニンと開始、AAAがリシン、GGUがグリシン、UGAが終止、CCGがプロリン、GAAがグルタミン酸を示します。実際に指定されるアミノ酸を名称で順に答え、使わない両端の組もそれぞれ3塩基で答えてください。

問4

ある人が「転写ではmRNAの情報からアミノ酸がつながり、翻訳ではDNAを鋳型にRNAが作られる」と説明しました。転写と翻訳の名称を正しく使い、それぞれの元になるものと生成物を含む1文に直してください。

解答と条件への戻し方

問1の答え

mRNAは 5'-AUG GAA CUU UAG-3'、アミノ酸はメチオニン、グルタミン酸、ロイシンの順です。鋳型のTAC、CTT、GAA、ATCに相補的なRNAを付け、左端から3塩基ずつ表を引きます。UAGは終止なので名前の列には入りません。

確かめとして、得たRNAに相補的なDNAの塩基を付けるとTAC、CTT、GAA、ATCとなり、指定された鋳型鎖に戻ります。アミノ酸名も表のAUG、GAA、CUUを順に見直すと一致します。

問2の答え

鋳型鎖は 3'-TAC AAA GGA ATT-5'、mRNAは 5'-AUG UUU CCU UAA-3' です。アミノ酸はメチオニン、フェニルアラニン、プロリンの順です。与えられたDNA鎖に相補的な鋳型を作り、さらにその鋳型に相補的なRNAを作ります。

確認では、RNAから鋳型鎖を再現し、その鋳型鎖から反対側のDNA鎖を作ります。ATG、TTT、CCT、TAAとなって問題の配列に戻り、表では最後のUAAが終止です。最初からTをUに替えて答えを得た人も、鋳型を経由して意味を確かめてください。

問3の答え

アミノ酸はメチオニン、リシン、グリシンの順です。使わない組は開始前のCCGと終止後のGAAです。表にはCCGとGAAに対応するアミノ酸もありますが、問題が指定する開始位置より前と終止より後なので、今回の並びには入りません。

元の配列へ戻すと、CCGの次のAUGからAAA、GGUを読み、UGAで終止し、その後にGAAが残ります。開始位置と終止の両方を守ったことを、配列上の位置で確認できます。

問4の答え

「DNAを鋳型とする転写でRNAが作られ、そのmRNAの情報をもとに翻訳でアミノ酸がつながってタンパク質が作られます」です。元の説明は2つの過程の名称が入れ替わっています。答えの文をたどると、DNAからRNA、RNAの情報からアミノ酸の鎖という順序になり、問題文で逆に置かれた2つの関係をそれぞれ直せています。

押さえる要点

• 転写ではDNAの鋳型鎖に対応するRNAが作られます。
• 翻訳ではmRNAの情報に従いアミノ酸がつながります。
• 配列は鎖の役割と5’、3’の向きを確かめてから読みます。
• 指定された開始位置から3塩基ずつ読み、終止では読み終えます。

どこで止まっているかを見分ける

用語は言えるのに配列が合わない場合、まず鋳型鎖かどうかと向きを声に出して説明してみてください。RNAの配列は合うのにアミノ酸が違う場合は、開始位置、3塩基の区切り、表を引く順を確かめます。終止を名称に含めた場合は、表の「終止」が何を指示しているかに戻ります。

個別指導で確かめるなら、同じ配列を見ながら「どの鎖を手本にしたか」「どこから区切ったか」を順に説明し、各段階の答えを元の条件へ戻します。完成した答えだけでは隠れてしまう、転写と翻訳の境目が見えてきます。