こんにちは。アラフォーパパです。
前回は、「核酸」について解説しました。
核酸が遺伝情報として生物が持っているDNAやRNAを指すことを学びました。
DNAやRNAを理解するためには、ヌクレオチドという名前のついた分子単位について理解する必要があります。
ヌクレオチドは、塩基、糖、リン酸からなる化合物で、ホスホジエステル結合というとても強い共有結合で1本鎖を形成していましたね。
今回は、DNAに含まれる塩基に関係した規則性について学びたいと思います。
シャルガフが見出したある法則を中心に学んでいきましょう。
それではご覧ください。
シャルガフの規則とは
シャルガフの規則とは、さまざまな生物の異なる組織であっても、DNAに含まれる塩基には、
「A：T=G：C=1：1」が成り立つ
という規則のことです。
ちなみに、A：アデニン、T：チミン、G：グアニン、C：シトシンのことです。
この規則は、DNAが2本鎖で、かつ、AとT、GとCで相補的な塩基対を形成していないと成立しないことから、後にワトソンとクリックによってDNAの二重らせん構造を突き止める際に大きな助けとなりました。
また、この発見をする際に、様々な動物の各部位を使用して、塩基の割合を調べていました。
そこからわかったことが2つあります。
1つ目は、同一の生物では異なる組織であっても塩基の割合が同じであること。
2つ目は、塩基の割合が生物によって異なること。
先に示した相補的な塩基対の話も合わせると、シャルガフはDNAの塩基に関して、３つの発見をシたことになります。
シャルガフの規則を利用した問題
シャルガフの規則のうちよく使用されるものは、「A：T=G：C=1：1」です。
これを利用した計算問題をよく見かけます。
例題１
たとえば、「ある生物のDNA中にAの割合が２０％でした。Cの割合は何％ですか？」といったものです。
この場合は、Aの割合が２０％ですので、Tの割合も２０％となり、GとCをあわせて６０％ということなります。
そのため、G：C＝1：1ですので、Cは３０％となるわけです。
例題２
次に、「ある生物のDNA中にAの割合が２０％でした。２本鎖のうちの片方の鎖（α鎖）中でAの割合が３０％、Cの割合が２５％とすると、相補的な鎖（β鎖）中のTの割合とCの割合を求めよ」となるわけです。
はじめに、相補的な塩基対の規則についてよく考えてみましょう。
相補的な塩基対とは、AとT、CとGのことです。
もっと詳しく言うとすると、例えばα鎖とAとβ鎖のTが相補的な関係にあります。
つまり、α鎖のA：β鎖のT ＝ 1：1なのです。
α鎖中でのAの割合が３０％ですので、β鎖でのTの割合が３０％とわかります。
また、α鎖中のCの割合は２５％ですので、β鎖中のGの割合は２５％です。
このように、まずはDNA鎖の規則性を単純に使用するだけで１つは答えが出てきます。
ここで、文字を使ってわからないものを仮に置きましょう。
α鎖中のTの割合をｘ（％）、α鎖中のGの割合をｙ（％）とします。
DNA鎖の規則性からβ鎖中のAの割合はｘ（％）、β鎖中のCの割合はｙ（％）です。
α鎖の３０％がA、β鎖のｘ％がAとしましたので、それぞれの塩基数を足すと２本鎖全体の２０％の塩基数となるという式がかけます。
α鎖とβ鎖の塩基数をaとして、式を書いてみましょう。
そして、計算すると、ｘ＝１０という答えになります。
β鎖の10％がAということがわかりました。
つまり、α鎖の１０％がTですね。
問題文を見返すとα鎖のAが３０％、Cが２５％ですから、Gが３５％であるとわかります。
質問はβ鎖中のCの割合でしたので、α鎖中のGの割合と同様に３５％となります。
このようにしてDNA鎖に関する規則性を使用した計算問題が作成されますので、計算方法をしっかりと理解しておくことが重要です。
まとめ
いかがでしたでしょうか。
今回の記事は「シャルガフの規則」に関するものでした。
DNAに含まれる塩基には、
「A：T=G：C=1：1」が成り立つ
という規則をしっかりと覚えておいてください。
また、この規則がDNAが2本鎖で、かつ、AとT、GとCで相補的な塩基対を形成していないと成立しないということもよく利用されます。
ぜひ覚えてください。
最後までご覧いただき、ありがとうございました！
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