共通テスト（理科） 過去問
令和5年度（2023年度）本試験
問133 (生物（第1問） 問1)
問題文
次の文章を読み、後の問いに答えよ。
シアノバクテリアは、光合成に用いる光エネルギーを捕集する色素―タンパク質複合体（以下、集光装置）としてフィコシアノビリン―タンパク質複合体を用いている。この複合体を構成する主なタンパク質は、αサブユニットとβサブユニットとが結合した複合体（以下、α／β複合体）であり、それらの遺伝子は（a）オペロンを形成している。
細菌は、必須元素の硫黄を硫酸イオンとして取り込み、硫黄を含むアミノ酸であるメチオニンやシステインの合成に利用している。ある種のシアノバクテリアは、硫酸イオンを十分取り込める培養条件（以下、硫酸十分条件）から硫酸イオンが欠乏する培養条件（以下、硫酸欠乏条件）に切り替わると、メチオニンやシステインをアミノ酸配列中に必要最小限しか持たないα／β複合体を使うようになる。シアノバクテリアでは集光装置がタンパク質全体のおよそ半分を占めるため、このような応答によって、生育に必要な硫酸イオンの量を大幅に少なくすることができる。
シアノバクテリアの硫酸欠乏条件への適応におけるα／β複合体の発現調節の仕組みを調べるため、実験1を行った。
実験1 硫酸十分条件および硫酸欠乏条件で培養したシアノバクテリアで、α／β複合体のαサブユニットのアミノ酸配列を指定する遺伝子A・C・Eおよびβサブユニットのアミノ酸配列を指定する遺伝子B・D・Fの発現量を調べたところ、図1の結果が得られた。なお、遺伝子Aと遺伝子B、遺伝子Cと遺伝子D、および遺伝子Eと遺伝子Fは、それぞれオペロンを形成している。
下線部（a）に関連して、原核生物における遺伝子発現の調節に関する記述として最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。
シアノバクテリアは、光合成に用いる光エネルギーを捕集する色素―タンパク質複合体（以下、集光装置）としてフィコシアノビリン―タンパク質複合体を用いている。この複合体を構成する主なタンパク質は、αサブユニットとβサブユニットとが結合した複合体（以下、α／β複合体）であり、それらの遺伝子は（a）オペロンを形成している。
細菌は、必須元素の硫黄を硫酸イオンとして取り込み、硫黄を含むアミノ酸であるメチオニンやシステインの合成に利用している。ある種のシアノバクテリアは、硫酸イオンを十分取り込める培養条件（以下、硫酸十分条件）から硫酸イオンが欠乏する培養条件（以下、硫酸欠乏条件）に切り替わると、メチオニンやシステインをアミノ酸配列中に必要最小限しか持たないα／β複合体を使うようになる。シアノバクテリアでは集光装置がタンパク質全体のおよそ半分を占めるため、このような応答によって、生育に必要な硫酸イオンの量を大幅に少なくすることができる。
シアノバクテリアの硫酸欠乏条件への適応におけるα／β複合体の発現調節の仕組みを調べるため、実験1を行った。
実験1 硫酸十分条件および硫酸欠乏条件で培養したシアノバクテリアで、α／β複合体のαサブユニットのアミノ酸配列を指定する遺伝子A・C・Eおよびβサブユニットのアミノ酸配列を指定する遺伝子B・D・Fの発現量を調べたところ、図1の結果が得られた。なお、遺伝子Aと遺伝子B、遺伝子Cと遺伝子D、および遺伝子Eと遺伝子Fは、それぞれオペロンを形成している。
下線部（a）に関連して、原核生物における遺伝子発現の調節に関する記述として最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。
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問題
共通テスト（理科）試験 令和5年度（2023年度）本試験 問133（生物（第1問） 問1） （訂正依頼・報告はこちら）
次の文章を読み、後の問いに答えよ。
シアノバクテリアは、光合成に用いる光エネルギーを捕集する色素―タンパク質複合体（以下、集光装置）としてフィコシアノビリン―タンパク質複合体を用いている。この複合体を構成する主なタンパク質は、αサブユニットとβサブユニットとが結合した複合体（以下、α／β複合体）であり、それらの遺伝子は（a）オペロンを形成している。
細菌は、必須元素の硫黄を硫酸イオンとして取り込み、硫黄を含むアミノ酸であるメチオニンやシステインの合成に利用している。ある種のシアノバクテリアは、硫酸イオンを十分取り込める培養条件（以下、硫酸十分条件）から硫酸イオンが欠乏する培養条件（以下、硫酸欠乏条件）に切り替わると、メチオニンやシステインをアミノ酸配列中に必要最小限しか持たないα／β複合体を使うようになる。シアノバクテリアでは集光装置がタンパク質全体のおよそ半分を占めるため、このような応答によって、生育に必要な硫酸イオンの量を大幅に少なくすることができる。
シアノバクテリアの硫酸欠乏条件への適応におけるα／β複合体の発現調節の仕組みを調べるため、実験1を行った。
実験1 硫酸十分条件および硫酸欠乏条件で培養したシアノバクテリアで、α／β複合体のαサブユニットのアミノ酸配列を指定する遺伝子A・C・Eおよびβサブユニットのアミノ酸配列を指定する遺伝子B・D・Fの発現量を調べたところ、図1の結果が得られた。なお、遺伝子Aと遺伝子B、遺伝子Cと遺伝子D、および遺伝子Eと遺伝子Fは、それぞれオペロンを形成している。
下線部（a）に関連して、原核生物における遺伝子発現の調節に関する記述として最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。
シアノバクテリアは、光合成に用いる光エネルギーを捕集する色素―タンパク質複合体（以下、集光装置）としてフィコシアノビリン―タンパク質複合体を用いている。この複合体を構成する主なタンパク質は、αサブユニットとβサブユニットとが結合した複合体（以下、α／β複合体）であり、それらの遺伝子は（a）オペロンを形成している。
細菌は、必須元素の硫黄を硫酸イオンとして取り込み、硫黄を含むアミノ酸であるメチオニンやシステインの合成に利用している。ある種のシアノバクテリアは、硫酸イオンを十分取り込める培養条件（以下、硫酸十分条件）から硫酸イオンが欠乏する培養条件（以下、硫酸欠乏条件）に切り替わると、メチオニンやシステインをアミノ酸配列中に必要最小限しか持たないα／β複合体を使うようになる。シアノバクテリアでは集光装置がタンパク質全体のおよそ半分を占めるため、このような応答によって、生育に必要な硫酸イオンの量を大幅に少なくすることができる。
シアノバクテリアの硫酸欠乏条件への適応におけるα／β複合体の発現調節の仕組みを調べるため、実験1を行った。
実験1 硫酸十分条件および硫酸欠乏条件で培養したシアノバクテリアで、α／β複合体のαサブユニットのアミノ酸配列を指定する遺伝子A・C・Eおよびβサブユニットのアミノ酸配列を指定する遺伝子B・D・Fの発現量を調べたところ、図1の結果が得られた。なお、遺伝子Aと遺伝子B、遺伝子Cと遺伝子D、および遺伝子Eと遺伝子Fは、それぞれオペロンを形成している。
下線部（a）に関連して、原核生物における遺伝子発現の調節に関する記述として最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。
- オペロンを構成する個々の遺伝子の転写は、それぞれ異なる調節タンパク質によって制御される。
- オペロンを構成する個々の遺伝子は、それぞれ異なる種類のRNAポリメラーゼによって転写される。
- リプレッサーは、RNAポリメラーゼに結合して遺伝子の転写を抑制する。
- 転写には、核内にある基本転写因子が必要である。
- 調節タンパク質は、オペレーターに結合して遺伝子の転写を制御する。
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この過去問の解説 （3件）
01
オペロンについては妨害や是正、遺伝子の生成のプロセスの調整のシステムを体系的に理解する必要があります。
同一の調節タンパク質によって制御されます。
オペロン全体の転写システムです。
よって誤答選択肢。
同一のRNAポリメラーゼによって転写されます。
オペロン全体の転写システムです。
よって誤答選択肢。
リプレッサーが結合するのはオペレーターか、最終産物（負のフィードバック作用※）です。
よって誤答選択肢。
※負のフィードバック作用とは恒常性（ホメオスタシス）分野の甲状腺（チロキシン）を始め、生物の体内のシステムとして重要なものです。例えば、『A→B→C』という反応があるときに、最終産物であるCが『A→B』の反応を抑制すること。この仕組みがあるとき、「Cが増加するとCを作る反応が抑制され、Cが減少するとCを作る反応が抑制されず増える」ため体内で物質Cが常に一定量に保たれます。
最終産物が最初の反応に影響を与えることを「フィードバック」、その影響が抑制方向のとき「負のフィードバック」といいます。
原核生物は核を持たないです。
これは正しいです。
原核生物の転写様式を考えれば、仮にオペレーター（DNAの一部）に調節タンパク質がくっつくと、RNAポリメラーゼがその手前までしか、進めないことが容易に想像できます。すると思ったように遺伝子が転写されなくなり、それは『遺伝子の転写を制御』したといえます。
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02
この問題は原核生物の転写調整の基礎が問われています。ここで、オペロンとは、同類の機能を持つ遺伝子をひとつにまとめ、プロモーター1つに対して転写される遺伝子のまとまりのことを示し、原核生物に特徴的な仕組みです。ポイントとなるのは、ひとつのオペロンに対して、調節タンパク質が結合するオペレーターも一つであることです。
オペロンを構成する遺伝子に対応している調節タンパク質は1つであるため、この選択肢は誤りです。
オペロンを構成する遺伝子を転写するRNAポリメラーゼは１つであるため、この選択肢は誤りです。
リプレッサーはプロモーターやオペレーターに結合することでRNAポリメラーゼの結合を抑制するため、この選択肢は誤りです。
原核生物には核がなく、核内の基本転写因子を必要とするのは真核生物の説明であるためこの選択肢は誤りです。
調節タンパク質は遺伝子の転写をコントロールするタンパク質の総称です。その中のリプレッサーには、オペレーターに結合して遺伝子の転写を抑制するはたらきがあるため、この選択肢が正解です。
オペロンが遺伝子のひとつのまとまりの単位であることを理解しましょう。
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03
この問題で覚えておくべきポイントはオペロンの性質です。一度に転写される遺伝子セットの単位をオペロンと言います。オペロンは原核生物のみが持ちます。オペロン中の個々の遺伝子は一直線上に隣り合わせで並んでいるので、オペロンに対するプロモーター、オペレーター、RNAポリメラーゼはそれぞれ1つだけで転写が行われます。
遺伝子のセット「オペロン」に対して1つの調節タンパク質が対応します。個々の遺伝子には対応してません。この文章は誤りです。
オペロンは1つのRNAボリメラーゼで転写されます。この文章は誤りです。
リプレッサーが結合するのはオペレーターです。この文章は誤りです。
そもそも、原核生物は核を持っていません。転写時に、基本転写因子が必要なのは真核生物のみです。この文章は誤りです。
調節タンパク質であるリプレッサーがオペレーターに結合するので、この文章は正しいです。
オペロンの転写調節の仕組みを理解することが重要です。また、入試でラクトースオペロンに関する問題は頻出なので絶対におさえましょう。
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