RNAの寿命をグラフより推定する

質問

リファンピシンという抗生物質は大腸菌におけるRNAの合成の開始段階を阻害する。
RNA合成を行っている大腸菌の培養液にリファンピシンを加えると、細胞内にすぐに取り込まれ、RNA分子の合成の新たな開始は感染に阻害されるが、その時点ですでに合成が進行していたRNA分子については、阻害されることなく合成が続けられて完了する。一方、大腸菌の培養液に^3H-ウリジンを十分量加えると、細胞内に取り込まれ、放射能で標識さえる。そこで大腸菌の培養液にこのウリジンとリファンピシンを同時に加えて、時間を追ってRNAへ取り込まれた放射能を調べたところ、図１のようになった。

問
１：平均的なRNA分子一つを合成するのにかかる時間はおよそどれくらいと考えられるか選択肢より選べ

2:　寿命の長いRNAの半減期はおよそどれくらいだろうか。選択肢より選べ

3:寿命の短いRNAの半減期はおよそどれくらいと考えられるか。選択肢より選べ

[選択肢」
(あ) 0.5分以下　(い)２～３分　(う)　5～８分　(え）　20分以上

あてずっぽうと感覚的に

1: い
2:え
3:い
で解答と一致していたのですがその次の

ではそれぞれの理由を一行で説明せよ。

というところがなんて書けばいいのかわかりませんでした。
なのでちゃんと理解していません。
ご指導お願い申し上げます

回答No.1

stomachman · ベストアンサー

乱暴な問題だな。
　RNAが全部ほぼ同じ長さだと仮定しないと、グラフの読みようがないと思う。現実にはそんなことはないんで、どこまでリアルな話なのか分からない。それに「大腸菌の培養液にこのウリジンとリファンピシンを同時に加えて、時間を追ってRNAへ取り込まれた放射能を調べたところ」って簡単に仰るが、サンプリング時刻ごとに大腸菌を取り出し、細胞内の生化学反応を瞬時に完全に止めてからRNAを抽出しないと、RNAに取り込まれた放射能をRNA以外に存在する放射能と区別する測定はできないんで、なかなか大変な実験である。こんな滑らかな曲線が得られるとはちょっと思えないね。

というのはさておき。

　立ち上がり～ピークあたりの部分では、合成が起こっている。上記の仮定のもとで、RNAの半減期に比べてピークまでの時間がかなり短いと仮定すれば、この部分は放物線になるはず。（時刻t=0の時点で合成の完了した部分が0%であるものから100%のものまで一様分布していると考えられるからです。）だから、ピークの位置を見れば、たまたま時刻0で合成が始まったRNAが完成する時刻が分かる。2分ぐらいでしょうかね。
　10分以降のあたりは、短い半減期のRNAはもう残っておらず、長い半減期のものが減っていくプロセスを示す。グラフからt=10～20の10分間で約1/1.5 ≒ 2^(-1/2) 倍になると読み取れるので、半減期が20分（=10分×(-(1/(-1/2)))） 程度だと計算できます。
　さて、ピークあたりで合成がほとんど全部終わってしまって、それ以降は短い半減期を持つRNAの消失の効果が顕著に現れる。長い半減期のものが減っていくプロセスと短い半減期のものが減って行くプロセスの足し算になっている訳です。そこで、長い半減期のRNAによって生じる曲線（つまり、10分以降の部分を指数関数曲線だと思って10分以前の部分にまで外挿したもの）を引き算した残りのカーブを考えると、短い方の半減期は大体1分ぐらいに見えます。2～3分では長すぎるんじゃないかなあ。
　となると、「RNAの半減期に比べてピークまでの時間がかなり短い」という仮定が成立っていないので、まだRNAの合成が続いているうちにピークが来てしまう。つまり、時刻0で合成が始まったRNAが完成するのは、ピークより少し後である。合成に掛かる時間は、ま、3～4分ってとこかな。

　で、これを1行で書くにはですね、なが～い1行を改行なしに書けば良いすね。

お礼

お礼を申し上げるのが大変遅くなり失礼いたしました。

また、本来の実験と仮想実験との対比、そしてグラフと実験地との整合性のご説明までしてくださり、大変うれしく存じました。

問題のアップした箇所は生化学の試験で暇なら解いてみて。という数年前のどこかの医学部の学士編入で扱われた問題だったそうです。

お陰様でクリアカットできました。本当にありがとうございます。

ご指導いただきましたことを今からノートに書き込もうと思います。
また是非ともご指導ください。