生物の環境応答（知識）の問題
骨格筋の筋繊維を処理して細胞膜をこわし、細胞内の水に溶ける成分（ATP や など）を取り除いた。この処理をしても、アクチンフィラメント、ミオシンフィラメント、トロポニン、トロポミオシンは筋原繊維に残る。この筋繊維を使って、次の実験を行った。
条件 1〜3 では、処理した筋繊維を、ATP と の有無を変えた溶液に浸した。条件 4 では、処理した筋繊維からさらにトロポニンとトロポミオシンを取り除いたうえで、溶液に浸した。なお、「 なし」の溶液には、 を取り除く物質を加えてある。結果は次の表のとおりであった。
| 条件 | ATP | トロポニン・トロポミオシン | 結果 | |
|---|---|---|---|---|
| 1 | あり | あり | あり | 収縮した |
| 2 | あり | なし | あり | 収縮しなかった |
| 3 | なし | あり | あり | 収縮しなかった |
| 4 | あり | なし | 取り除いた | 収縮した |
この実験の結果からわか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 はミオシン頭部に結合して収縮のエネルギーを供給するので、トロポニンとトロポミオシンの有無にかかわらず、 がなければ筋繊維は収縮しない。
- イ ATP がなくても、 があれば、アクチンフィラメントとミオシンフィラメントの間で滑りが起こり、筋繊維は収縮する。
- ウ トロポニンとトロポミオシンは、 がないときに、アクチンとミオシンの結合を妨げて収縮を抑えるはたらきをもつ。
- エ トロポニンとトロポミオシンは、 と結合したときに、アクチンとミオシンの結合を妨げて収縮を抑えるはたらきをもつ。
- オ 筋繊維が収縮するためには、ATP と のどちらか一方があれば十分である。
この問題で使うもの
- 筋収縮のしくみとカルシウムイオン（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（13 技能）
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
アクチン・ミオシン・ATP・・トロポニン・トロポミオシンがそれぞれ筋収縮でどんな役割をもつかを思い出し、表の条件を 1 つの要素だけが違う 2 つずつで比べよう。
ヒント 2
条件 2 と条件 4 は、ATP があり がない点は同じで、トロポニン・トロポミオシンの有無だけが違う。この比較から、 がないときに収縮を止めているものが何かがわかる。
ヒント 3
条件 3 から「 だけで収縮する」とする選択肢、条件 2・3 から「どちらか一方で十分」とする選択肢、条件 4 から「トロポニン・トロポミオシンの有無にかかわらず が必要」とする選択肢は除ける。残る 2 つは、抑制がはたらくのが があるときかないときかで区別できる（条件 1 を見る）。
答えと解説
答えを見る
ウ
どこでつまずきましたか？（選ぶと、戻る場所を案内します）
解説を読む
条件どうしを比べて考える。
- 条件 1 と条件 3 の比較： があっても ATP がないと収縮しない。したがって、収縮には ATP が必要である（ミオシン頭部が ATP を分解して得たエネルギーでアクチンフィラメントをたぐり寄せる、という教科書の事実と一致する）。
- 条件 1 と条件 2 の比較：トロポニン・トロポミオシンがあるときは、ATP があっても がないと収縮しない。
- 条件 2 と条件 4 の比較： がない状態でも、トロポニンとトロポミオシンを取り除くと収縮した。つまり、 がないときに収縮を止めていたのはトロポニンとトロポミオシンであり、 はその抑制を解除するために必要だとわかる。
教科書では、 がないときはトロポミオシンがアクチンのミオシン結合部位をふさいでおり、筋小胞体から放出された がトロポニンに結合するとトロポミオシンの位置がずれて、ミオシン頭部がアクチンに結合できるようになると説明されている。実験結果はこれと一致する。よって正解は ウ である。
ほかの選択肢が誤りである理由
- ア：条件 4 では がなくても収縮しているので、「トロポニンとトロポミオシンの有無にかかわらず がなければ収縮しない」は結果に反する。また、収縮のエネルギーを供給するのは ATP であり、 が結合するのはミオシンではなくトロポニンである。
- イ：条件 3 では があっても ATP がないと収縮していないので、結果に反する。
- エ：条件 1 では とトロポニン・トロポミオシンがそろっていて収縮しているので、 と結合したときに収縮を抑えるという記述は結果に反する。抑制がはたらくのは がないときである。
- オ：条件 2（ATP のみ）と条件 3（ のみ）はどちらも収縮していないので、結果に反する。
別解
各選択肢を実験結果と照らして検討する。
ア：条件4では Ca²⁺ がなくても（トロポニン・トロポミオシンを除くと）収縮した。したがって「トロポニンとトロポミオシンの有無にかかわらず Ca²⁺ がなければ収縮しない」は誤り。また Ca²⁺ は収縮のエネルギー源ではなく、エネルギーを供給するのは ATP なので、この点も誤り。
イ：条件3では ATP がなく Ca²⁺ があっても収縮しなかった。よって誤り。
ウ：条件2（Ca²⁺ なし、トロポニン・トロポミオシンあり）では収縮せず、条件4（Ca²⁺ なし、トロポニン・トロポミオシンなし）では収縮した。したがって、Ca²⁺ がないときはトロポニンとトロポミオシンがアクチンとミオシンの結合を妨げて収縮を抑えている。正しい。
エ：Ca²⁺ と結合すると、トロポニンとトロポミオシンの抑制ははずれて収縮が起こる（条件1）。「結合したときに妨げる」は誤り。
オ：条件2と3では、どちらか一方だけでは収縮しなかった。よって誤り。
以上より、正解はウ。