代謝（知識）の問題

サボテンやベンケイソウのなかまなど、乾燥した地域に生育する植物には CAM 植物とよばれるものがある。CAM 植物の $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ の取り込みと固定について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　昼に気孔を開いて $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ を取り込み、夜に気孔を閉じてカルビン回路で $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ を固定する。
• イ　夜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、昼はこれから生じた $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ をカルビン回路で固定する。
• ウ　$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ を ${\mathrm{C}}_4$ 化合物として取り込む反応を葉肉細胞で、カルビン回路の反応を維管束鞘細胞で、それぞれ同時に行う。
• エ　カルビン回路をもたず、夜に取り込んだ $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ を ${\mathrm{C}}_4$ 化合物のまま糖の代わりに利用する。

CAM 植物について述べた文としてあてはまるものを、次のア〜オからすべて選べ。

• ア　昼に気孔を開いて $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ を取り入れ、夜にカルビン回路で有機物をつくる
• イ　夜に気孔を開いて $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ を取り入れる
• ウ　取り入れた $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ を ${\mathrm{C}}_4$ 化合物として固定し、液胞に蓄える
• エ　トウモロコシやサトウキビは、CAM 植物の代表例である
• オ　昼に気孔を閉じるので、乾燥した環境でも蒸散による水の損失を少なくできる

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。

真核生物の細胞が行う呼吸は、解糖系・クエン酸回路・電子伝達系の3つの過程に分けられる。呼吸の各過程と、その反応が起こる場所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　解糖系では、グルコースがピルビン酸に分解される過程で $\mathrm{NA}{\mathrm{D}}^{+}$ が還元されて NADH が生じる。この反応はミトコンドリアのマトリックスで起こる。
• イ　解糖系で生じたピルビン酸はミトコンドリアのマトリックスに取り込まれてアセチル CoA に変えられる。この過程では $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ は放出されない。
• ウ　電子伝達系では、NADH や $\mathrm{FAD}{\mathrm{H}}_2$ から渡された電子がミトコンドリア内膜のタンパク質複合体を順に伝わり、その際に ${\mathrm{H}}^{+}$ がマトリックスから膜間腔へ輸送される。この ${\mathrm{H}}^{+}$ が ATP 合成酵素を通ってマトリックスへ戻るときに ATP が合成される。
• エ　呼吸で細胞に取り込まれた ${\mathrm{O}}_2$ は、ミトコンドリアのマトリックスで進むクエン酸回路において有機物の炭素と結合し、$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ となって放出される。
• オ　クエン酸回路はミトコンドリアのマトリックスで進み、その過程で NADH や $\mathrm{FAD}{\mathrm{H}}_2$ が生じる。呼吸で合成される ATP の大部分は、このクエン酸回路の反応によって合成される。

生物と窒素の関わりや、無機物の酸化を利用して有機物をつくる生物について述べた次の文のうち、正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。

• ア　亜硝酸菌は、アンモニウムイオン（$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$）を亜硝酸イオン（$\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}$）に酸化するときに放出される化学エネルギーを利用して、二酸化炭素から有機物を合成する。
• イ　硝酸菌は、硝酸イオン（$\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}$）を亜硝酸イオンに還元するときに放出される化学エネルギーを利用して、二酸化炭素から有機物を合成する。
• ウ　植物が根から吸収した硝酸イオンは、植物体内で亜硝酸イオンを経てアンモニウムイオンに還元される。
• エ　植物体内のアンモニウムイオンは、まずケトグルタル酸（$\alpha$-ケトグルタル酸）と結合してグルタミンになる。
• オ　根粒菌は、マメ科植物から光合成でつくられた有機物を受け取り、窒素固定によってつくったアンモニウムイオンをマメ科植物に与えている。
• カ　ネンジュモなどのシアノバクテリアは、光合成を行うので、窒素固定は行わない。