原核生物の遺伝子発現調節
このノートの問いがそのまま復習カードになり、忘れかけたころに出題されます。
根拠は高等学校学習指導要領（平成30年告示）「生物」の内容 (3) ア (ｲ) ㋐「遺伝子の発現調節」。
内容の取扱いは「原核生物と真核生物に共通する転写レベルの調節を扱うこと」を求めている。
0. どういう論点か
細胞は、必要な遺伝子だけを、必要なときに転写します。
原核生物では、その調節がとても単純な形で見られます——まとめて 1 つのスイッチで切り替える。
| 用語 | 何を指すか |
|---|---|
| オペロン | まとめて転写される遺伝子群 |
| プロモーター | RNA ポリメラーゼが結合する場所 |
| オペレーター | 調節タンパク質が結合する場所 |
| リプレッサー | オペレーターに結合して転写を妨げるタンパク質 |
引っかけの分かれ目は次の 3 つ。
- リプレッサーが結合すると転写は止まる（結合＝オフ）
- ラクトースがあるときに転写が始まる（リプレッサーが外れるため）
- オペロンは原核生物のしくみ（真核生物では遺伝子ごとに調節される）
1. オペロンのしくみ
根拠: 学習指導要領 生物-(3)-ア-(イ)-㋐
原核生物で、機能的に関係する複数の遺伝子がまとめて転写される単位を何という？
オペロン
1 本の mRNA として転写され、まとめて調節される。
オペロンでの調節は、主にどの段階で行われる？
転写の段階
RNA ポリメラーゼが転写を始められるかどうかで決まる。
調節タンパク質が結合して転写を妨げる、DNA 上の領域を何という？
オペレーター
プロモーターの近くにある。
オペレーターに結合して転写を妨げるタンパク質を何という？
リプレッサー（抑制因子）
結合していると RNA ポリメラーゼが進めない。
リプレッサーを作る遺伝子を何という？
調節遺伝子
オペロンとは別の場所にあり、常に発現している。
2. ラクトースオペロン
根拠: 学習指導要領 生物-(3)-ア-(イ)-㋐
環境によって切り替わる例として、いちばん有名な形です。
大腸菌がラクトースを分解する酵素の遺伝子群を何という？
ラクトースオペロン
ラクトースがあるときだけ発現する。
培地にラクトースが無いとき、ラクトースオペロンはどうなっている？
リプレッサーがオペレーターに結合していて、転写は起こらない
使わない酵素を作らずに済む。
培地にラクトースがあるとき、なぜ転写が始まる？
ラクトースの代謝産物がリプレッサーに結合し、リプレッサーがオペレーターから外れるから
RNA ポリメラーゼが進めるようになる。
ラクトースオペロンのしくみは、大腸菌にとってどんな利点がある？
必要なときだけ酵素を作れるので、無駄が無い
材料とエネルギーの節約になる。
グルコースとラクトースが両方あるとき、大腸菌はどちらを先に使う？
グルコース
分解しやすいほうを優先し、ラクトースオペロンの発現は抑えられる。
ラクトースオペロンの調節を 1 行でまとめると？
ラクトースがあるとリプレッサーが外れ、転写が始まる
「ある＝オン」だが、直接オンにしているのではなく、抑制を外している点に注意。
3. 調節の考え方
根拠: 学習指導要領 生物-(3)-ア-(イ)-㋐
すべての細胞が同じ遺伝情報をもつのに、はたらきが違うのはなぜ？
発現する遺伝子が違うから
遺伝子そのものが失われるのではない。
原核生物と真核生物に共通する調節のしかたは？
転写の段階で、調節タンパク質が DNA に結合して制御すること
どこに結合するか・何種類関わるかは大きく違う。
リプレッサーのように転写を抑えるものに対し、転写を促すタンパク質もある。これを何という？
アクチベーター（活性化因子）
結合すると転写が活発になる。
オペロンのしくみは真核生物にもある？
ふつう無い
真核生物では遺伝子ごとにプロモーターをもち、別々に調節される。