細胞と分子の問題

ある哺乳類の培養細胞を用いて、次の実験 1〜3 を行った。細胞は盛んに増殖しており、細胞周期のどの時期の細胞も含まれている。

実験 1 培養を始めたときの細胞数は $1.0\times 10^5$ 個で、$60$ 時間後には $8.0\times 10^5$ 個になった。この間、すべての細胞が同じ長さの細胞周期で分裂をくり返し、死んだ細胞や分裂を停止した細胞はなかった。

実験 2 培養中の細胞から $2000$ 個を取り出し、細胞 1 個あたりの DNA 量を測定した。G${}_1$ 期の細胞の DNA 量を相対値 $2$ としたときの結果は、次の表のようになった。なお、M 期の細胞は、分裂が完了するまですべて DNA 量が相対値 $4$ として測定されるものとする。

実験 3 同じ培養中の細胞を別に $400$ 個取り出して固定・染色し、顕微鏡で観察したところ、前期の細胞が $8$ 個、中期の細胞が $6$ 個、後期の細胞が $2$ 個、終期の細胞が $4$ 個で、残りはすべて間期の細胞であった。

各時期の細胞数の割合は、細胞周期に占めるその時期の長さの割合に等しいものとする。このとき、G${}_2$ 期の長さは何時間か。

細胞周期の長さが $20$ 時間の培養細胞の集団がある。この集団から $2000$ 個の細胞を取り出し、細胞 1 個あたりの DNA 量（G${}_1$ 期の細胞を $2$ とした相対値）を測定したところ、次の表のようになった。

なお、DNA 量が $4$ の細胞のうち $100$ 個は M 期（分裂期）の細胞で、残りはすべて G${}_2$ 期の細胞であった。

この細胞の G${}_2$ 期の長さは何時間か。ただし、細胞周期はそろっておらず、それぞれの時期にある細胞の数はその時期の長さに比例するものとする。

ある動物の培養細胞の集団がある。すべての細胞は同じ一定の速さで細胞周期を進み、細胞周期の長さ（1 回の周期にかかる時間）は $20$ 時間である。この集団から $10000$ 個の細胞を取り出し、細胞 1 個あたりの DNA 量を測定した。結果を下の表に示す。DNA 量は、G${}_1$ 期の細胞の値を $2$ とする相対値で表してある。

また、同じ $10000$ 個の細胞を光学顕微鏡で観察したところ、全細胞の $10\%$ が分裂期（M 期）であった。

次に、この $10000$ 個の細胞に薬剤 X を加えた。薬剤 X は、G${}_1$ 期から S 期への移行だけを直ちに止める。そのため、薬剤を加えたときに G${}_1$ 期にあった細胞や、薬剤を加えたあとの分裂で生じて G${}_1$ 期に入った細胞は、G${}_1$ 期の終わりで止まり、S 期に入らない。一方、S 期・G${}_2$ 期・M 期にある細胞は、薬剤の影響を受けずにそれまでと同じ速さで周期を進める。

ただし、次のことを前提とする。
- 測定と観察を行い薬剤 X を加えた時点で、$10000$ 個の細胞は細胞周期上のどの時点にも均等に分布していたとみなす。したがって、各時期にある細胞の数の割合はその時期の長さの割合に等しく、各時期の中でも細胞はその時期の始まりから終わりまでのどの時点にも均等に分布している。
- M 期の細胞の DNA 量は相対値 $4$ であり、M 期の終わりに細胞質分裂が完了して、DNA 量が相対値 $2$ の娘細胞が $2$ 個できる。娘細胞はただちに G${}_1$ 期に入る。
- 細胞が死ぬことはない。

薬剤 X を加えてから $5$ 時間後に、細胞 1 個あたりの DNA 量が相対値 $2$ である細胞は何個あるか求めよ。

ある動物の細胞を培養液に入れて培養したところ、培養を始めたときに $2.0\times 10^5$ 個だった細胞が、$72$ 時間後には $3.2\times 10^6$ 個になった。

この間、すべての細胞は同じ長さの細胞周期で分裂を続け、死んだ細胞はなかった。また、細胞数は、細胞周期 1 回分の時間がたつごとにちょうど $2$ 倍になるものとする。この細胞の細胞周期 1 回の長さは何時間か。

ある動物（核相 $2n$）の精巣で細胞 1 個あたりの DNA 量を調べたところ、完成した精子 1 個の DNA 量は $3.5\text{pg}$（ピコグラム）であった。

精原細胞は体細胞分裂で増えたのち一次精母細胞となり、減数分裂の前に DNA を 1 回だけ複製して、第一分裂と第二分裂を経て精細胞になり、精細胞が変形して精子になる。

この動物の一次精母細胞が減数分裂第一分裂の中期にあるとき、その細胞 1 個あたりの DNA 量は何 pg か。ただし、核以外にある DNA は考えないものとする。