細胞と分子（知識）の問題
細胞骨格のはたらきを調べるため、次の実験を行った。物質 X と物質 Y は、アクチンフィラメント・微小管・中間径フィラメントのうち、それぞれ異なる 1 種類の繊維だけを消失させる（繊維をつくる重合を妨げて、その繊維をなくす）はたらきをもつ。それ以外のはたらきはないものとする。
実験 1：オオカナダモの葉の細胞を、物質 X または物質 Y を含む液に浸し、顕微鏡で葉緑体の動き（原形質流動）を観察した。
実験 2：盛んに体細胞分裂をしている動物の培養細胞に物質 X または物質 Y を与え、分裂のようすを観察した。
結果は次の表のようになった。
| 実験 1（原形質流動） | 実験 2（体細胞分裂） | |
|---|---|---|
| 物質 X | 止まった | 染色体は両極に分かれて核が 2 個できたが、細胞質分裂が起こらず、核を 2 個もつ細胞ができた |
| 物質 Y | 物質を与えないときと同じように起こった | 紡錘体が見られず、凝縮した染色体は両極に分かれなかった |
この実験の結果と、それから考えられることについての記述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 物質 X を与えた細胞では、ダイニンやキネシンが微小管上を移動できなくなったため、原形質流動が止まったと考えられる。
- イ 物質 X を与えた細胞で核を 2 個もつ細胞ができたのは、収縮環をつくる中間径フィラメントが消失したためと考えられる。
- ウ 物質 Y を与えた細胞では、紡錘体をつくる微小管が形成されなかったため、染色体が両極へ移動できなかったと考えられる。
- エ 物質 Y を与えた細胞では、ミオシンがアクチンフィラメント上を移動できなくなったため、染色体が両極に分かれなかったと考えられる。
- オ 物質 Y を神経細胞に与えても、軸索の中で小胞を細胞体側から軸索末端側へ運ぶ輸送には影響がないと予想される。
この問題で使うもの
- 細胞骨格とモータータンパク質（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（7 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
原形質流動・細胞質分裂（収縮環）・染色体の移動（紡錘体）が、それぞれどの細胞骨格とどのモータータンパク質によって起こるかを思い出そう。
ヒント 2
原形質流動と収縮環はアクチンフィラメントとミオシンによるもので、紡錘体は微小管でできている。物質 X・Y を与えたとき、どのはたらきが止まり、どのはたらきが残ったかを表から読み取ろう。
ヒント 3
物質 X はアクチンフィラメントを、物質 Y は微小管を消失させると考えられる。これに合わない繊維やモータータンパク質を挙げている選択肢を除き、残った選択肢の内容が細胞骨格のはたらきと合っているかを確かめよう。
答えと解説
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ウ
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解説を読む
まず、物質 X・Y がどの繊維を消失させるかを結果から判断する。
原形質流動は、モータータンパク質のミオシンが ATP のエネルギーを使ってアクチンフィラメント上を移動することで起こる。動物細胞の細胞質分裂では、アクチンフィラメントとミオシンからなる収縮環が細胞膜をくびれさせる。一方、体細胞分裂で染色体を両極へ動かす紡錘体は微小管でできている。
物質 X では原形質流動が止まり、細胞質分裂も起こらなかったが、染色体は両極に分かれた（紡錘体ははたらいた）。したがって、物質 X はアクチンフィラメントを消失させると考えられる。
物質 Y では原形質流動は正常に起こった（アクチンフィラメントは残っている）が、紡錘体ができず、染色体が分かれなかった。したがって、物質 Y は微小管を消失させると考えられる。
各選択肢を検討する。
- ア 誤り。原形質流動は、ミオシンがアクチンフィラメント上を移動することで起こる。ダイニンやキネシンが微小管上を移動して起こるのではない。
- イ 誤り。収縮環をつくるのはアクチンフィラメント（とミオシン）であり、中間径フィラメントではない。
- ウ 正しい。物質 Y は微小管を消失させるので、微小管でできた紡錘体が形成されず、染色体が両極へ移動できなかったと考えられる。
- エ 誤り。物質 Y を与えても原形質流動は起こったので、アクチンフィラメントとミオシンははたらいている。また、染色体を両極へ動かすのは紡錘体の微小管であり、ミオシンとアクチンフィラメントではない。
- オ 誤り。軸索の中では、キネシンが小胞などを結合して微小管上を軸索末端側へ移動し、物質を輸送している。物質 Y は微小管を消失させるので、この輸送は妨げられると予想される。
よって、答えはウである。
別解
物質 X は、原形質流動を止め、細胞質分裂だけを妨げる（核分裂は正常）ので、アクチンフィラメントを消失させる物質と考えられる。原形質流動は、アクチンフィラメント上をミオシンが移動することで起こり、分裂期の細胞質分裂では、アクチンフィラメントとミオシンによる収縮環がくびれ切る。物質 Y は、原形質流動に影響せず、紡錘体が見られず染色体が分かれないので、微小管を消失させる物質と考えられる。
ア：誤り。X が消失させるのはアクチンフィラメントで、原形質流動はアクチンフィラメントとミオシンによる。微小管上を動くダイニンやキネシンの停止が原因ではない。
イ：誤り。収縮環をつくるのは中間径フィラメントではなくアクチンフィラメント（とミオシン）である。
ウ：正しい。Y は微小管を消失させるので、紡錘体（紡錘糸）ができず、染色体が両極へ移動できない。
エ：誤り。Y は微小管を消失させるもので、染色体の移動は微小管（紡錘体）による。ミオシンとアクチンフィラメントの関係ではない。
オ：誤り。軸索内の小胞輸送は、キネシンが微小管上を軸索末端側へ運ぶ。Y により微小管が消失すれば輸送は妨げられる。
よって答えはウ。