代謝（知識）の問題

酵母のしぼり汁にグルコースを加えると、二酸化炭素が発生する。このしぼり汁をセロハン膜の袋に入れ、水の中にしばらく浸して透析した。セロハン膜は、小さな分子は通すが、タンパク質のような大きな分子は通さない。透析後、袋の中に残った液を液 A、袋の外の液を（もとの濃さに濃縮して）液 B とした。

液 A・液 B を次の表のように組み合わせてグルコースを加え、二酸化炭素が発生するかを調べた。「煮沸」とは、液を煮沸したあと、もとの温度に冷ましてから使ったことを表す。ほかの条件はすべて同じである。

この実験の結果から考えられることとしてあてはまるものを、次のア〜オからすべて選べ。

• ア　液 A には、熱によってはたらきを失う成分が含まれている
• イ　液 B に含まれる反応に必要な成分は、熱に強い
• ウ　液 B に含まれる反応に必要な成分は、セロハン膜を通れない大きな分子である
• エ　反応が起こるには、液 A の成分と液 B の成分の両方が必要である
• オ　液 A に含まれる反応に必要な成分は、煮沸してもはたらきを失わない

ホウレンソウの葉をすりつぶして葉緑体を取り出し、葉緑体を壊したあと遠心分離して、チラコイド膜を含む画分 T と、ストロマの成分を含む画分 S に分けた。これらを使って、次の実験 1〜3 を行った。なお、$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ が有機物に取り込まれたかどうかは、放射性同位体 ${}^{14}\mathrm{C}$ を含む $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ を与えて調べた。

実験 1　画分 T に、$\mathrm{NAD}{\mathrm{P}}^{+}$、ADP、リン酸を加えて光を当てたところ、${\mathrm{O}}_2$ が発生し、NADPH と ATP が生じた。

実験 2　画分 S に $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ を与え、暗所に置いたところ、$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ は有機物に取り込まれなかった。

実験 3　実験 1 で光を当てたあとの液から画分 T を取り除き、残った液を画分 S に加えた。これに $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ を与え、暗所に置いたところ、$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ が有機物に取り込まれた。

実験 1〜3 の結果と光合成のしくみについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　実験 1 で発生した ${\mathrm{O}}_2$ は、光化学系 I で $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ が分解されて生じたものである。
• イ　実験 1 で ATP が生じたのは、${\mathrm{H}}^{+}$ がストロマ側からチラコイドの内側へ ATP 合成酵素を通って移動したためである。
• ウ　実験 3 では、$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ は RuBP と結合して 2 分子の PGA になる反応で取り込まれ、この反応を触媒する酵素は画分 S に含まれている。
• エ　実験 1 で生じた NADPH は、光化学系 II から放出された電子が、光化学系 I を経ずに直接 $\mathrm{NAD}{\mathrm{P}}^{+}$ に渡されて生じたものである。
• オ　実験 3 で $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ が取り込まれたのは、画分 S にも光化学系 I と光化学系 II が含まれており、暗所でも反応が進んだためである。

2 種類の植物 P と Q の葉を用いて、次の実験を行った。

実験 温度を $30{}^{\circ }\mathrm{C}$ に保ち、十分に水を与えた状態で、空気中の $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ 濃度を変えながら、光を当てた葉の見かけの光合成速度（$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ 吸収速度、相対値）を測定した。光の強さは、これ以上強くしても、どの $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ 濃度でもどちらの植物の見かけの光合成速度も変化しない強さとした。負の値は、葉から $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ が放出されたことを示す。結果を次の表に示す。

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〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　植物 P では、$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ 濃度が 0.02% から 0.08% の範囲で、見かけの光合成速度を限定している要因は $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ 濃度であり、$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ 濃度を上げるほど見かけの光合成速度は大きくなる。
• イ　植物 Q では、$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ 濃度が 0.04% のとき、見かけの光合成速度を限定している要因は光の強さであり、光をさらに強くすれば見かけの光合成速度は大きくなる。
• ウ　植物 Q を、この実験の光と温度の条件のもとで $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ 濃度 0.005% の空気中で長時間育てると、光合成で有機物が合成されるので、植物体の有機物の量は増加していく。
• エ　植物 P は、$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ 濃度が低くても見かけの光合成速度が大きい。これは、葉肉細胞で $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ を ${\mathrm{C}}_4$ 化合物として固定し、それを維管束鞘細胞に運んで $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ を放出させ、カルビン回路に $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ を供給するしくみをもつためと考えられる。
• オ　植物 P は、夜間に気孔を開いて取り込んだ $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ を ${\mathrm{C}}_4$ 化合物として液胞に蓄え、昼間は気孔を閉じてそれを分解した $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ で光合成を行うため、この実験の条件で $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ を盛んに吸収したと考えられる。

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。

畑の土壌から細菌を含む液を少量とり、次の実験を行った。

実験 有機物を含まず、窒素源としてアンモニウムイオン（$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$）だけを含み、炭素源として炭酸水素イオン（$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ のもとになる）を含む培地を用意した。この培地に土壌の液を加え、暗所で 3 つの条件で 21 日間培養した。

• 条件 1：空気を通じながら培養した。
• 条件 2：酸素を除いた気体（窒素 ${\mathrm{N}}_2$ と二酸化炭素）を通じながら培養した。
• 条件 3：加熱して細菌を死滅させた土壌の液を加え、空気を通じながら培養した。

条件 1 の培地中の窒素化合物の濃度（窒素原子の量に換算した相対値）と細菌数（相対値）の変化は次の表のとおりであった。条件 2・条件 3 では、21 日間、窒素化合物の濃度も細菌数もほとんど変化しなかった。

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　条件 1 で細菌が増殖したのは、細菌が光エネルギーを利用して、二酸化炭素から有機物を合成したためである。
• イ　条件 1 で細菌が増殖したのは、細菌が空気中の窒素を固定して、培地中の窒素化合物を増やしたためである。
• ウ　条件 1 で細菌が増殖したのは、細菌が窒素化合物の酸化で得たエネルギーで、二酸化炭素から有機物を合成したためである。
• エ　条件 1 で細菌が増殖したのは、細菌が培地中の有機物を分解して得たエネルギーで、硝酸イオンを合成したためである。
• オ　条件 1 で起こった窒素化合物の変化は、条件 2 の結果から、酸素がなくても進む反応であることがわかる。