平成28年度 I-4-6

解説

この問題で問われていること

DNAの熱変性について、二重らせんを形成する結合(ア)、鎖の基本構造を形成する構成単位(イ)とその結合(ウ)、融解温度を高くする塩基(エ)を問う空欄補充問題。

解き方

① DNAの結合: 2本鎖の間=塩基対の水素結合(熱で切れる)、鎖の骨格=ヌクレオチド間のホスホジエステル結合(共有結合で切れない)。G-C対は水素結合3本で強い
② ア=水素結合で③④。イ=ヌクレオチド・ウ=ホスホジエステル結合で③(ウラシルはRNAの塩基)
③ ③

正解が正しい理由

DNA二重らせんの2本の鎖は、相補的塩基対間の水素結合(ア)によって形成されており、熱や強アルカリで処理すると、水素結合が切れて変性し、一本鎖となる。しかし、それぞれの鎖の基本構造(骨格)を形成しているヌクレオチド(イ)間のホスホジエステル結合(ウ)は、共有結合であり壊れない。DNA分子の半分が変性する温度を融解温度といい、グアニンとシトシン(エ)の含量が多いほど高くなる。G-C対は水素結合が3本、A-T対は2本であるため、G-C含量が多いほど二重らせんが安定である。したがってア=水素結合、イ=ヌクレオチド、ウ=ホスホジエステル結合、エ=シトシンの③が正しい。

各選択肢について

• ① アが「ジスルフィド結合」となっている点が誤り。ジスルフィド結合はタンパク質のシステイン間の結合で、DNAの二重らせんとは無関係。
• ② アが「ジスルフィド結合」、イが「アミノ酸」、エが「ウラシル」となっている点が誤り。DNAの構成単位はヌクレオチドで、ウラシルはRNAの塩基である。
• ③ ア=水素結合、イ=ヌクレオチド、ウ=ホスホジエステル結合、エ=シトシンが、DNAの構造と熱変性の説明と一致しており、これが正答。
• ④ イが「アミノ酸」、ウが「ジスルフィド結合」、エが「ウラシル」となっている点が誤り。DNAはアミノ酸ではなくヌクレオチドから成る。
• ⑤ アが「ホスホジエステル結合」、ウが「ジスルフィド結合」となっている点が誤り。二重らせんは水素結合、鎖内のヌクレオチド間はホスホジエステル結合である。

覚えるべきポイント

DNAの二本鎖は塩基対間の水素結合(A-T:2本、G-C:3本)で結ばれ、熱や強アルカリで一本鎖に変性する。鎖内のヌクレオチド間はホスホジエステル結合(共有結合)で、変性では切れない。G-C含量が多いほど融解温度は高い。ゆっくり冷却すると再び二重らせんに戻る(アニーリング)。