高高校校講講座
座H
HOOM
MEE >> 生
生物物 >> 第21回 遺伝物質DNA

第21回 第3部�遺伝遺伝物質DNA

講師：埼玉県立所沢高等学校教諭�森田 保久

今回は、遺伝物質DNAと題しまして、生命の設計図ともいえるDNAがどのような物質なのか。またDNAに、遺伝子としてはたらくための、どのようなしくみが隠されているのか。その点について学習します。

遺遺伝伝物物質質D
DNNAA

今
今日
日のの学学習習みなさんこんにちは、講師の森田保久です。
前回までは、親から子ども遺伝していくしくみについて勉強してきました。今日は、まず1番目にDNAとは一体どのような物質なのか、またどのようなしくみで遺伝子としてはたらくのか、ということについて学習します。2番目は、「遺伝子はDNA」であるということがどのようにしてわかってきたのか。その研究の過程をお話ししたいと思います。

ペペーージジト
トッップ
プへへ戻戻るるニニワワトトリ
リののD
DN
NAAをを取取りり出出す
すまずDNAという物質を見てみましょう。これはニワトリのレバーから取り出したDNAです。これは、家庭にある道具や材料、それと薬局で売っている薬品を使って取り出すことができます。
【主な材料】
新鮮なとりのレバー。濃度95％以上のエタノール。濃度12％の食塩水。
【実験方法】
・まず鍋でお湯を沸かします。
�*エタノールは引火性ですので、火から遠ざけてください。
・次に、とりのレバー1羽分と水200mlをミキサーにかけます。
・これを50mlほど耐熱容器に移し、同じ量の食塩水を加えます。

・時間をおかずにふっとうしたお湯に入れて温め、静かにかき混ぜます。
・レバーの赤みが消えたら、火を消します。
�*次にエタノールを使いますので、必ず火を消してください。
・4枚重ねのガーゼでこします。
・ろ液を氷で冷やします。
・ろ液が充分に冷えたら、冷やしたエタノールを加えます。
・コップの壁を伝わらせて静かに注ぎます。量は元の液の2~3倍です。
・白いモヤモヤしたものが出てきました。エタノールに溶けないDNAです。
・しかしこの状態では、まだ不純物が多く含まれています。
・不純物を取り除いて、純度の高いDNAを取り出しましょう。
・容器に入ったエタノールを捨てます。
・もう一度、食塩水で溶かします。量は、20~30mlほどです。
・お湯で温めます。時間は3分ぐらいです。
・熱いうちに、コーヒーのろ紙でこします。ろ液を氷で冷やしながら行います。
・ろ液に冷たいエタノールを静かに注ぎます。量はろ液の2~3倍です。
・またDNAが出てきました。これがニワトリのレバーから取り出したDNAです。

ペペーージ
ジト
トッ
ップ
プへへ戻戻るる

D
DN
NA
Aのの名
名前
前とと研研究
究のの歴
歴史史

DNAの正式名称は、デオキシリボ核酸。英語ではDeoxyribo Nucleic Acid といいます。頭文字をとってDNAと略されます。物質としてのDNAは、1869年にミーシャが発見しました。同じころメンデルが「遺伝子」という考え方を提唱していますが、遺伝子がDNAだということは、その当時はわかっていませんでした。その後1944年に「遺伝子はDNAだ」ということをエイブリーが発見しました。そして1953年にワトソンとクリックという若い研究者によって、DNAの立体構造が明らかになりました。立体構造というのは、立体的な形のことです。この立体的な形に、DNAという分子が遺伝子になれる秘密があるのです。その秘密は2つあります。それをこれから見ていきましょう。

ペペー
ージ
ジト
トッ
ップ
プへへ戻
戻るる

DDN
NA
Aのの秘秘密密（（11））��ヌヌク
クレ
レオ
オチ
チド
ドのの並並びび方方

これは、DNAの立体構造を表した模型です。DNAは、細長い鎖のようにつながっていて、2本の鎖がらせん状になっています。これを二重らせん構造といいます。
続きは平面的な模型で説明します。DNAは2本の鎖からできていますが、条件によっては2本の鎖に分かれることができます。1本の鎖は、4種類のヌクレオチドという部品からできています。アデニン（A）を持つもの、チミン（T）を持つもの、グアニン（G）を持つもの、シトシン（C）を持つもの、この4種類です。
ヌクレオチドが結合して1本の鎖になるのですが、4種類のヌクレオチドの並び方に制限はありません。アデニンの隣にグアニンが来ても良いし、アデニン・アデニンと2つならんでもOKです。どのような順番にも並ぶことができます。
このように、ヌクレオチドがどのような順にでも並ぶことができること。これがDNAが遺伝子になれる第1の秘密です。どんな順番でも並ぶことができるので、ATGCの並び方に意味を持たせることができます。つまり遺伝情報をATGCの並び方として書き込むことができるというわけです。

ペペーージ
ジト
トッ
ップ
プへへ戻
戻るる

D
DN
NA
Aにに書書か
かれ
れたた血
血液液型
型のの情
情報
報

私たちが使う言葉も、文字の並ぶ順番にその意味があります。ここに書いてあるのは、カタカナの文字です。「血液型はA型」と「血液型はB型」という意味です。違いはカタカナ1文字だけですが、その意味は大きく変わります。
こちらは、DNAのATGCの並ぶ順番で血液型を表しています。1000文字ほどのATGCで血液型がA型であることを表している遺伝情報です。
これは、血液型がB型のATGCの配列です。違いは、7か所だけです。日本語でも1文字違えば異なる意味になる場
合があるように、DNAでも1文字違えば別の意味になることがあります。この様にDNAのヌクレオチドの並ぶ順番が、生物の遺伝情報になっているのです。

ペペーージ
ジト
トッ
ップ
プへへ戻戻るる

DDN
NA
Aのの秘秘密密（（22））��複複製製ののししくくみ
みDNAが遺伝子になることができる秘密は、もう1つあります。
DNAにはATGCの並びによって生物の遺伝情報が書き込まれていましたが、これだけでは遺伝子にはなれません。
遺伝子は、親から子どもに伝わらなくてはなりません。ですから遺伝子には、全く同じものをコピーできるしくみが必要です。DNAの形には、全く同じものがコピーできるしくみがあります。それが2番目の秘密です。
1本の鎖の中で4種類のヌクレオチドがつながる順番は自由だといいましたが、ヌクレオチドの対の結合には、制限があります。この塩基の部分の形がそれぞれ違うために、お互いに結合できるヌクレオチドは1つしかないのです。アデニンにはチミンしか結合することはできません。チミンには、アデニン。そしてグアニンにはシトシン、シトシンにはグアニンしか結合できません。つまり、アデニンとチミンのペア（A-T）、グアニンとシトシンのペア（G-C）しかありません。
このルールに従って、1本のDNAの鎖に新しいヌクレオチドを結合させていくと、元のDNAと同じDNAに戻ることができます。つまり、全く同じDNAが2本できます。このようにしてDNAは遺伝情報が全く同じものを次々と増やして、子どもに伝えていくのです。

ペペーージ
ジト
トッ
ップ
プへ
へ戻
戻る
る

「「遺遺伝伝子子ははDDNNAA」」��どどののよよううににししててわわかかっった
たののかか「遺伝子の正体は、DNAだ」というのは、いつ、どのようにしてわかったのでしょうか。
メンデルは「遺伝子」という考え方を提唱しました。同じころミーシャーがDNAという物質を発見しました。しかし、メンデルは遺伝子がどんな物質なのかわかりませんでしたし、ミーシャーもDNAがどんな働きをするのかはわかりませんでした。遺伝子の正体がDNAであるということを発見したはエイブリーですが、その前にグリフィスの実験から話を始めましょう。

ペペーージ
ジト
トッ
ップ
プへへ戻
戻るる

グ
グリリフ
フィィス
スのの実実験
験��（（肺肺炎炎双双球球菌
菌のの形
形質質転転換換））20世紀の初めころ、死因の上位を占めていたのが肺炎という病気です。肺炎の病原菌である肺炎双球菌には、膜を持つS型と持たないR型があります。S型には病原性があり、R型には病原性はありません。ですからネズミにS型菌を注射すると肺炎を起こしますが、R型菌を注射してもネズミは健康なままです。次に加熱殺菌したS型菌を注射します。殺菌したのですから、ネズミは肺炎にはなりません。
では、加熱殺菌したS型菌と生きているR型菌を混ぜてネズミに注射すると、どうなるでしょうか。加熱殺菌したS型菌と病原性のないR型菌ですから肺炎にはならないと考えるのが普通です。ところが、このネズミは肺炎になってしまいました。そして、ネズミの体内ではS型菌が増殖していることが確かめられたのです。
この予想外の結果に対して、「死んだS型菌の影響でR型菌がS型菌に変化したのだ」と考えられました。これは、生物の特徴が変化するわけですから、形質転換と呼ばれました。この実験では、R型菌がS型菌に形質転換し、子どもに受け継がれたのです。つまりこの形質転換は、殺菌されたS型菌の遺伝子がR型菌に入り込んで起きるのだと考えられたのです。

ペペー
ージ
ジト
トッ
ップ
プへへ戻戻るるエエイイブ
ブリ
リーーのの実実験験この形質転換の話を聞いたエイブリーは、S型菌の中にあるどの物質が遺伝子であるかを確かめようとしました。S型菌の抽出物の中には、炭水化物、タンパク質、DNAなどがあります。
まず、S型菌の炭水化物を酵素で分解してR型菌に与えてみたところ、形質転換が起こりました。炭水化物を無くしてしまったのに形質転換が起こったいうことは、炭水化物は遺伝子ではないということです。同じようにして、タンパク質をも遺伝子でないことがわかりました。ところがDNAを酵素で分解してR型菌に与えると、形質転換が起こりませんでした。つまりDNAを分解すると、形質転換を起こす遺伝子が無くなってしまったということです。こうしてDNAが遺伝子であるということがわかりました。エイブリーは形質転換という現象を利用して遺伝子がDNAという物質だということをつきとめたのです。
今の形質転換の話を聞いて、ニワトリのDNAを食べたら、ニワトリに特徴を持つようになるのではないかと不安になった方がいるかも知れませんが、形質転換は細菌だけに起きる現象です。他の生物では起こりません。ですから人がニワトリを食べてそのDNAを体内に取り込んでも、ニワトリの特徴を持つようになることはありませんので安心してください。

ペペー
ージ
ジト
トッップ
プへへ戻
戻る
る

今
今日日ののままととめ
め

今日は、DNAがATGCを持つ4種類のヌクレオチドでできていること。
そのヌクレオチドの並び方、立体構造に、遺伝子としてはたらくしくみがあること。
また、遺伝子はDNAであることがエイブリーによって解明されたことを学習しました。
エイブリーが遺伝子はDNAだと発見したことが、ワトソンとクリックに影響を与え、DNAの立体構造の解明につながり、その後の生物学に大きな進歩をもたらしたのです。
次回は、DNAのヌクレオチドの並びによって、どのようにしてからだの特徴が決まるのか。そのしくみについて学習します。