代謝（知識）の問題

難易度 1教科書の例題レベル高校生物代謝（知識）

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。

実験	用いた液	二酸化炭素の発生
1	液 A のみ	発生しなかった
2	液 B のみ	発生しなかった
3	液 A ＋液 B	発生した
4	煮沸した液 A ＋液 B	発生しなかった
5	液 A ＋煮沸した液 B	発生した

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

この問題で使うもの

酵素と補酵素（説明と入口の問題）

この問題を解けるようになるまで（63 技能）

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ヒント

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ヒント 1

技能「酵素と補酵素」で学んだ、酵素（タンパク質）と補酵素の性質のちがい（分子の大きさ・熱への強さ）を使おう。

ヒント 2

1 つの条件だけがちがう実験どうしを比べる。実験 3 と 4 では液 A の煮沸の有無、実験 3 と 5 では液 B の煮沸の有無だけがちがう。また、袋の外に出た液 B の成分はセロハン膜を通れたことになる。

ヒント 3

実験 1〜3 から、エが正しいかどうかが決まる。実験 4 から、アとオのうち一方だけが正しい。残りのイ・ウは、実験 5 と透析の結果で判定しよう。

答えと解説

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ア, イ, エ

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解説を読む

表の実験を 2 つずつ比べて、液 A・液 B の成分の性質を読み取る。

1. 実験 1・2・3 の比較: 液 A だけ、液 B だけでは反応が起こらず、両方を混ぜると反応が起こった。よって、反応には液 A の成分と液 B の成分の両方が必要である（エは正しい）。
2. 実験 3 と 4 の比較: 液 A を煮沸すると反応が起こらなくなった。液 A の成分は熱によってはたらきを失う（アは正しい、オは誤り）。
3. 実験 3 と 5 の比較: 液 B を煮沸しても反応が起こった。液 B の成分は熱に強い（イは正しい）。
4. 透析の結果: 液 B は袋の外に出てきた液なので、液 B の成分はセロハン膜を通り抜けられる小さな分子である（ウは誤り）。

この結果を、酵素と補酵素の性質に当てはめる。
- 液 A の成分は、大きな分子で熱に弱い。これは、タンパク質でできていて高温で立体構造が変わり失活する 酵素（のタンパク質の部分） の性質に一致する。
- 液 B の成分は、小さな分子で熱に強い。これは、低分子で熱に強く、酵素から離れやすい 補酵素 の性質に一致する。補酵素の例には、電子や水素を運ぶ $NA D^{+}$ ・ $NAD P^{+}$ ・FAD がある。

よって、あてはまるものはア, イ, エである。

誤りの選択肢:
- ウ: 液 B の成分は透析で袋の外に出てきたので、セロハン膜を通れる小さな分子である。
- オ: 実験 4 で、液 A を煮沸すると反応が起こらなくなったので、液 A の成分は煮沸によってはたらきを失う。

別解

実験 1, 2 では液 A のみ、液 B のみでは発生せず、実験 3 で両方を混ぜると発生したので、反応には液 A の成分と液 B の成分の両方が必要（エは正しい）。実験 4 で液 A を煮沸すると発生しなかったので、液 A の成分は熱によってはたらきを失う（アは正しい、オは誤り。液 A の成分はタンパク質の酵素と考えられる）。実験 5 で液 B を煮沸しても発生したので、液 B の成分は熱に強い（イは正しい。補酵素のような小さな分子と考えられる）。液 B は袋の外に出た液で、成分はセロハン膜を通れる小さな分子なので、ウは誤り。したがってあてはまるのはア、イ、エ。

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関連する問題

難易度 3（共通テストレベル）

酵母をすりつぶしてしぼり汁をつくり、次の実験を行った。

実験しぼり汁をセロハン膜の袋に入れ、大量の水の中に十分な時間浸して透析した。セロハン膜は、水や低分子の物質は通すが、タンパク質のような高分子の物質は通さない。透析後、袋の中に残った液を「内液」とした。袋の外の水は濃縮して、もとのしぼり汁と同じ体積にし、「外液」とした。また、内液や外液の一部を煮沸して冷ましたものも用意した。これらを次の表のように混ぜて、適温で一定時間保ち、二酸化炭素 $C O_{2}$ が発生するかどうかを調べた。

実験	加えたもの	$C O_{2}$ の発生
1	透析前のしぼり汁＋グルコース	あり
2	内液＋グルコース	なし
3	外液＋グルコース	なし
4	内液＋外液＋グルコース	あり
5	煮沸した内液＋外液＋グルコース	なし
6	内液＋煮沸した外液＋グルコース	あり
7	内液＋外液（グルコースは加えない）	なし

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　内液に含まれる活性に必要な成分は熱に強く、外液に含まれる活性に必要な成分は熱によってはたらきを失う。
イ　実験 2 で $C O_{2}$ が発生しなかったのは、透析の操作によって内液中の酵素が変性し、はたらきを失ったためである。
ウ　外液に含まれる活性に必要な成分は、セロハン膜を通過する低分子の物質で熱に強く、補酵素のような物質と考えられる。
エ　実験 4 で $C O_{2}$ が発生したのは、外液中の成分が基質となり、内液中の酵素によって分解されたためである。
オ　外液に含まれる活性に必要な成分は、透析の前後を通じて内液中の酵素と強く結合しており、透析では酵素から離れない。

難易度 1（教科書の例題レベル）

窒素化合物をまったく含まない砂を滅菌して植木鉢に入れ、ダイズまたはイネの種子をまいて、次の表の条件で同じ期間育てた。「根粒菌」の欄は根粒菌を砂に加えたかどうかを、「窒素化合物」の欄は水に窒素化合物（硝酸塩）を溶かして与えたかどうかを表す。光・温度・水の量・窒素以外の養分などの条件は、すべて同じである。

実験	植物	根粒菌	窒素化合物	結果
1	ダイズ	加えた	与えなかった	よく育ち、根に根粒ができた
2	ダイズ	加えなかった	与えなかった	あまり育たず、根粒はできなかった
3	ダイズ	加えなかった	与えた	よく育ち、根粒はできなかった
4	イネ	加えた	与えなかった	あまり育たず、根粒はできなかった

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〜エから 1 つ選べ。

ア　ダイズは、根粒菌がいなくても空気中の窒素を直接取り入れて窒素化合物をつくれる
イ　ダイズが成長するためには、窒素化合物は必要ない
ウ　根粒菌は、植物の種類によらず、どの植物の根にも根粒をつくる
エ　ダイズは、根粒菌と共生すると、窒素化合物を与えなくても成長に必要な窒素を得られる

難易度 1（教科書の例題レベル）
ホタルの発光器をすりつぶして水を加えると、液はしばらく光ったが、やがて光らなくなった。光らなくなった液を 3 本の試験管 A〜C に等量ずつ分け、それぞれに次の表の物質を加えたところ、表のような結果になった。ただし、加えた溶液の量と温度は 3 本とも同じである。
試験管加えたもの結果
A 水光らなかった
B グルコースの溶液光らなかった
C ATP の溶液再び光った
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〜エから 1 つ選べ。
- ア　発光のエネルギーは、グルコースから直接供給されている
- イ　発光のエネルギーは、ADP にリン酸が結合するときに放出されている
- ウ　発光のエネルギーは、ATP から直接供給されている
- エ　発光によって、液の中で ATP が新しく合成されている

試験管	加えたもの	結果
A	水	光らなかった
B	グルコースの溶液	光らなかった
C	ATP の溶液	再び光った

難易度 1（教科書の例題レベル）

亜硝酸菌を用いて、次の実験を行った。

有機物を含まず、二酸化炭素を十分に含む無機塩類の培地 A・B を用意した。培地 A にはアンモニウムイオン $N H_{4}^{+}$ を加え、培地 B には加えなかった。それぞれに同じ数の亜硝酸菌を入れ、光の当たらない暗所で、同じ温度で数日間培養した。培養の前後で調べた結果を次の表に示す。

培地	$N H_{4}^{+}$ の量	亜硝酸イオン $N O_{2}^{-}$ の量	硝酸イオン $N O_{3}^{-}$ の量	亜硝酸菌の数
A（ $N H_{4}^{+}$ あり）	減少した	増加した	検出されなかった	増加した
B（ $N H_{4}^{+}$ なし）	検出されなかった	検出されなかった	検出されなかった	増加しなかった

こ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〜エのうちから 1 つ選べ。

ア　亜硝酸菌は、光のエネルギーを利用して二酸化炭素から有機物を合成している。
イ　亜硝酸菌は、アンモニウムイオンを酸化して得た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している。
ウ　亜硝酸菌は、培地中の有機物を分解して得たエネルギーを利用して増殖している。
エ　亜硝酸菌は、亜硝酸イオンを硝酸イオンに酸化して得た化学エネルギーを利用している。

難易度 1（教科書の例題レベル）
ある植物の葉を用いて、温度を $25^{\circ} C$ に保ち、光の強さと空気中の二酸化炭素濃度を変えて光合成速度（相対値）を測定したところ、次の表の結果が得られた。温度以外の条件は表に示したものだけを変えたものとする。
光の強さ二酸化炭素濃度 $0.04 %$ 二酸化炭素濃度 $0.10 %$
弱い光 $5$ $5$
強い光 $12$ $20$
この結果からわかることとして最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
- ア　弱い光のもとでは、光合成速度を限定している要因は二酸化炭素濃度である。
- イ　強い光・二酸化炭素濃度 $0.04 %$ のもとでは、光合成速度を限定している要因は光の強さである。
- ウ　弱い光のもとでは、光合成速度を限定している要因は光の強さである。
- エ　弱い光のもとでは、二酸化炭素濃度を $0.04 %$ から $0.10 %$ に上げると光合成速度は大きくなる。