生物基礎「遺伝子とDNA」DNAの構造と遺伝子・ゲノム

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高校生物基礎。遺伝子やDNA、ゲノムについて学習します。まずは、遺伝子、DNA、ゲノムの違いを理解し、DNAの構造について詳しく学習します。

遺伝子とDNAとゲノム

生物を構成する核の中には、ひも状・糸状の染色体がありました。染色体の数は生物によって異なり、ヒトの場合は46本存在します。染色体は同じ形の染色体がペアで存在し、このペアを相同染色体といい、染色体46本いい方を変えると、相同染色体23セットということができます。

遺伝子とDNA

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DNA

この染色体を構成している物質は主に2つで、タンパク質DNAになります。染色体は、ヒストンというタンパク質にDNAが巻き付いて、それがきれいに折りたたまれてできているものなのです。

DNAデオキシリボ核酸といい、染色体をつくっている物質の一つになります。このDNAに遺伝情報(遺伝子)が入っています。

遺伝子

遺伝子とは、生物の形質を現すもととなる情報のことで、DNAの塩基配列が遺伝子となります。この塩基配列の違いによって生物は様々な形質を発現することになります。

ゲノム

ゲノムとは、その生物をつくるために必要な遺伝子のセット集です。ゲノムは体細胞に2セット入っており、精子や卵のような生殖細胞には1セット入っています。ヒトのゲノムは約30億塩基対で構成されており、遺伝子の数にすると約22,000になります。

DNAの長さや塩基対数などの計算問題も頻出です。下記の記事で挑戦してみてください。

DNAの計算問題

染色体とDNAと遺伝子の例え

こう説明してもいまいち概要がつかみづらいと思いますので、簡単に本で例えると次のようになります。

  • 染色体
  • DNA…本をつくっている
  • 遺伝子…本に書かれている文字情報

そして、ゲノムはこの本のセット集にあたります。

DNAの構造

DNAは、リン酸塩基からなるヌクレオチドが多数結合し、ヌクレオチド鎖を形成し、2本のヌクレオチド鎖が二重らせん構造をとっています。

DNAの構造

DNAの糖には、デオキシリボースと呼ばれる安定した糖が使われています。遺伝情報を保持しているので、壊れやすい糖ではダメですからね。

塩基には、A(アデニン)T(チミン)G(グアニン)C(シトシン)の4種類があります。

塩基の相補性

DNAは、2本のヌクレオチド鎖が二重らせん構造をとっていますが、それぞれの塩基が相補的に結合(水素結合)することで二重らせん構造を維持しています。次のように塩基が相補的に結合します。

  • A(アデニン)⇄ T(チミン)
  • G(グアニン)⇄ C(シトシン)

ということは、DNAの2本のヌクレオチド鎖全体で見ると、AとT、GとCの割合が等しくなります。これをシャルガフの規則といいます。

塩基の相補性やシャルガフの規則を使った、塩基の割合に関する頻出の問題も解説しています。

塩基組成の問題

二重らせん構造

DNAが二重らせん構造をとっているということは、ワトソンクリックにより提唱されました。なので、二重らせん構造を、ワトソン・クリックモデルといったりもします。しかし、実際にDNAの撮影に成功したのは、X線回折法を用いたウィルキンスフランクリンでした。

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