代謝（知識）の問題

難易度 3共通テストレベル高校生物代謝（知識）

酵母は、酸素が十分にない条件ではアルコール発酵を行う。アルコール発酵では、まず解糖系で 1 分子のグルコースが 2 分子のピルビン酸に分解される。次に、ピルビン酸から（ a ）が取り除かれてアセトアルデヒドが生じ、アセトアルデヒドが（ b ）によって還元されてエタノールになる。この反応によって解糖系で必要な物質が再びつくられるため、酸素がなくても解糖系を続けることができる。

文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

	a	b
ア	水	$NADH$
イ	二酸化炭素	$NA D^{+}$
ウ	二酸化炭素	$NADH$
エ	水	$NA D^{+}$

この問題で使うもの

発酵と解糖（説明と入口の問題）

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ヒント

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ヒント 1

アルコール発酵の反応式（グルコース → エタノール＋二酸化炭素）と、解糖系で生じる物質を思い出そう。

ヒント 2

「還元する」はたらきをもつのは、電子（水素）を渡すことができる還元型の補酵素である。また、ピルビン酸（炭素 3 個）からアセトアルデヒド（炭素 2 個）になるとき、炭素が 1 個減っている。

ヒント 3

a について炭素が減ることに注目すると、選択肢はイとウの 2 つにしぼれる。

答えと解説

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ウ

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解説を読む

アルコール発酵の反応の流れは次のとおりである。

1. 解糖系：1 分子のグルコース（ $C_{6} H_{12} O_{6}$ ）が 2 分子のピルビン酸（ $C_{3}$ 化合物）に分解される。このとき $NA D^{+}$ が還元されて $NADH$ が生じ、ATP が差し引き 2 分子つくられる。
2. ピルビン酸から二酸化炭素が取り除かれて（脱炭酸）、アセトアルデヒド（ $C_{2}$ 化合物）が生じる。アルコール発酵で $C O_{2}$ が発生するのはこの段階である。よって a は二酸化炭素。
3. アセトアルデヒドが、解糖系で生じた $NADH$ によって還元されてエタノールになる。このとき $NADH$ は酸化されて $NA D^{+}$ に戻る。よって b は $NADH$ 。

こうして $NA D^{+}$ が再生されるので、酸素がなくても解糖系を続けられる（問題文の「解糖系で必要な物質」は $NA D^{+}$ である）。したがって正解はウである。

ア・エ：a が誤り。ピルビン酸から取り除かれるのは水ではなく二酸化炭素である（炭素数が 3 から 2 に減ることからもわかる）。
イ・エ：b が誤り。 $NA D^{+}$ は電子（水素）を受け取る側（酸化型）であり、アセトアルデヒドを還元するのは電子（水素）を渡す側の $NADH$ （還元型）である。

なお、乳酸発酵では脱炭酸が起こらず、ピルビン酸が直接 $NADH$ によって還元されて乳酸になるため、 $C O_{2}$ は発生しない。

別解

アルコール発酵では、ピルビン酸が脱炭酸されて二酸化炭素が取り除かれ、アセトアルデヒドになる（a は二酸化炭素）。アセトアルデヒドは、解糖系で生じた $NADH$ によって還元されてエタノールになり、同時に $NA D^{+}$ が再生される。この $NA D^{+}$ が解糖系で再び使われるので、酸素がなくても解糖系を続けられる（b は $NADH$ ）。

ア: a が水で誤り。
イ: b が $NA D^{+}$ で誤り（ $NA D^{+}$ は還元する側ではなく、生成する側）。
ウ: a が二酸化炭素、b が $NADH$ で正しい。
エ: a、b ともに誤り。

よって答えはウ。

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関連する問題

難易度 2（教科書の章末問題レベル）

次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜カから 1 つ選べ。

ヒトの骨格筋では、激しい運動などで酸素の供給が不足すると、グルコースが乳酸にまで分解される反応（解糖）が盛んになる。この反応は、筋細胞の（ a ）で進む。グルコースがピルビン酸に分解される過程では $NA D^{+}$ が $NADH$ に変わる。一方、ピルビン酸が乳酸に変わる過程では、 $NADH$ がもつ電子と水素がピルビン酸に渡され、（ b ）。このため、酸素がなくてもグルコースの分解が続き、ATP がつくられ続ける。

	a	b
ア	ミトコンドリアのマトリックス	二酸化炭素が放出される
イ	ミトコンドリアのマトリックス	$NA D^{+}$ が再生される
ウ	ミトコンドリアのマトリックス	ATP が合成される
エ	細胞質基質	二酸化炭素が放出される
オ	細胞質基質	$NA D^{+}$ が再生される
カ	細胞質基質	ATP が合成される

難易度 2（教科書の章末問題レベル）

次の文章中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜カから 1 つ選べ。

植物は、根から吸収した硝酸イオン（ $N O_{3}^{-}$ ）を、葉などの細胞内で還元して（ a ）にする。（ a ）はグルタミン酸と結合してグルタミンとなり、これをもとにさまざまなアミノ酸がつくられる。一方、マメ科植物の根に共生する根粒菌は、大気中の窒素（ $N_{2}$ ）を取り込んで（ a ）に変えることができる。このように、 $N_{2}$ を（ a ）に変えるはたらきを（ b ）という。

	a	b
ア	アンモニウムイオン	窒素同化
イ	アンモニウムイオン	窒素固定
ウ	亜硝酸イオン	窒素同化
エ	亜硝酸イオン	窒素固定
オ	アンモニウムイオン	脱窒
カ	亜硝酸イオン	脱窒

難易度 1（教科書の例題レベル）
次の文は、葉緑体のチラコイド膜で起こる反応について述べたものである。
「光化学系 II では、光のエネルギーを受け取ったクロロフィルから電子が飛び出し、失われた電子は（ a ）が分解されることで補われる。このとき酸素が発生する。飛び出した電子は電子伝達系を通って光化学系 I に渡され、最終的に $NAD P^{+}$ に渡されて NADPH ができる。電子が伝達される間に、 $H^{+}$ がチラコイドの（ b ）に運ばれて蓄積する。蓄積した $H^{+}$ が ATP 合成酵素を通って移動するときに、ATP がつくられる。」
文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
a b
ア水外側のストロマ
イ二酸化炭素内側の内腔
ウ水内側の内腔
エ二酸化炭素外側のストロマ

	a	b
ア	水	外側のストロマ
イ	二酸化炭素	内側の内腔
ウ	水	内側の内腔
エ	二酸化炭素	外側のストロマ

難易度 3（共通テストレベル）

酵母をすりつぶしてしぼり汁をつくり、次の実験を行った。

実験しぼり汁をセロハン膜の袋に入れ、大量の水の中に十分な時間浸して透析した。セロハン膜は、水や低分子の物質は通すが、タンパク質のような高分子の物質は通さない。透析後、袋の中に残った液を「内液」とした。袋の外の水は濃縮して、もとのしぼり汁と同じ体積にし、「外液」とした。また、内液や外液の一部を煮沸して冷ましたものも用意した。これらを次の表のように混ぜて、適温で一定時間保ち、二酸化炭素 $C O_{2}$ が発生するかどうかを調べた。

実験	加えたもの	$C O_{2}$ の発生
1	透析前のしぼり汁＋グルコース	あり
2	内液＋グルコース	なし
3	外液＋グルコース	なし
4	内液＋外液＋グルコース	あり
5	煮沸した内液＋外液＋グルコース	なし
6	内液＋煮沸した外液＋グルコース	あり
7	内液＋外液（グルコースは加えない）	なし

この実験の結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

ア　内液に含まれる活性に必要な成分は熱に強く、外液に含まれる活性に必要な成分は熱によってはたらきを失う。
イ　実験 2 で $C O_{2}$ が発生しなかったのは、透析の操作によって内液中の酵素が変性し、はたらきを失ったためである。
ウ　外液に含まれる活性に必要な成分は、セロハン膜を通過する低分子の物質で熱に強く、補酵素のような物質と考えられる。
エ　実験 4 で $C O_{2}$ が発生したのは、外液中の成分が基質となり、内液中の酵素によって分解されたためである。
オ　外液に含まれる活性に必要な成分は、透析の前後を通じて内液中の酵素と強く結合しており、透析では酵素から離れない。

難易度 3（共通テストレベル）
葉緑体で行われる光合成の反応について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。
- ア　チラコイド膜にある光化学系Ⅰで水が分解され、酸素が発生する。
- イ　光化学系Ⅱから光化学系Ⅰへ電子が伝達される過程で、 $H^{+}$ がチラコイドの内腔からストロマへ輸送される。
- ウ　チラコイド膜にある ATP 合成酵素は、 $H^{+}$ がストロマからチラコイドの内腔へ流れ込むときに ATP を合成する。
- エ　カルビン回路はストロマで進行し、 $C O_{2}$ はルビスコのはたらきで RuBP と結合して PGA が生じ、PGA は ATP と NADPH を用いて還元される。
- オ　光化学系Ⅰから放出された電子は、最終的に酸素に渡されて水が生じる。