次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下の表のア〜エのうちから 1 つ選べ。
細胞骨格のうち、チューブリンというタンパク質が多数結合してできた中空の管状の繊維を（ a ）という。（ a ）の上を ATP のエネルギーを使って移動するモータータンパク質のうち、（ b ）は、繊毛やべん毛が曲がる運動を起こすはたらきをもつ。
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 微小管 | ミオシン |
| イ | 微小管 | ダイニン |
| ウ | アクチンフィラメント | ミオシン |
| エ | アクチンフィラメント | ダイニン |
細胞骨格とモータータンパク質
アクチンフィラメント・微小管・中間径フィラメントの構成とはたらき、ミオシン・キネシン・ダイニンがどの繊維の上を動くかを区別し、細胞骨格を阻害する実験の結果を説明する記述を選べる
前提
- 細胞周期と体細胞分裂の各期 （高校生物 細胞と分子（知識））
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説明
細胞の中には、タンパク質が鎖のようにつながってできた繊維が張りめぐらされていて、これをまとめて細胞骨格といいます。細胞骨格にはアクチンフィラメント・微小管・中間径フィラメントの 3 種類があり、細胞の形を保つだけでなく、モータータンパク質と組み合わさって筋収縮・原形質流動・物質輸送・染色体の移動などの「動き」を生み出します。この技能では、3 種類の繊維とミオシン・キネシン・ダイニンの組み合わせを区別し、細胞骨格をこわす薬品を使った実験の結果がなぜそうなるかを説明できるようにします。
なぜそうしてよいのか
細胞骨格はどれも、小さなタンパク質（単量体）がたくさんつながって（重合して）できた繊維です。アクチンフィラメントは球状のアクチンがつながった細い繊維（直径約 7 nm）、微小管はチューブリンがつながってできた中空の管（直径約 25 nm）で、いちばん太い繊維です。中間径フィラメントは太さがその中間（直径約 10 nm）で、細胞の種類によって材料のタンパク質が異なり（皮膚の細胞のケラチンなど）、張力に強い丈夫な繊維として細胞や核の形を支えます。アクチンフィラメントと微小管は、つながったりほどけたり（重合・脱重合）をくり返して、必要な場所ですばやく組み立て直されます。
動きを生むのはモータータンパク質です。モータータンパク質は ATP を分解して得たエネルギーで、決まった種類の繊維の上を一方向に「歩く」ように動きます。ミオシンはアクチンフィラメントの上を動き、筋収縮・原形質流動・アメーバ運動、動物細胞の細胞質分裂でのくびれ（アクチンフィラメントの環が締まる）にはたらきます。キネシンとダイニンはどちらも微小管の上を動き、互いに逆向きに進みます。キネシンはおもに細胞の中心から周辺へ、ダイニンは周辺から中心へ小胞や細胞小器官を運びます。また、繊毛・べん毛の中には微小管が規則正しく並んでいて、ダイニンが隣の微小管をずらすことで曲がる運動が起こります。
この「繊維の種類 ↔ そこを動くモータータンパク質 ↔ はたらき」の対応がわかっていれば、薬品の実験も説明できます。たとえばコルヒチンは微小管がつながるのを妨げる薬品なので、分裂期に紡錘体（微小管でできた紡錘糸の集まり）ができず、染色体が両極へ分かれられなくなります（前提の技能で学んだ、染色体の赤道面への配列と分離が起こらなくなる）。一方、サイトカラシンはアクチンフィラメントがつながるのを妨げる薬品なので、原形質流動が止まり、動物細胞では細胞質のくびれが起こらなくなります。「どの繊維がこわれたか」から「どのはたらきが止まるか」をたどればよいのです。
手順
問われている現象（筋収縮・原形質流動・物質輸送・染色体の移動・繊毛運動・細胞の形の保持など）を確認する
その現象にかかわる繊維を決める：筋収縮・原形質流動・アメーバ運動・動物細胞のくびれ → アクチンフィラメント／紡錘体・繊毛やべん毛・細胞内の長距離輸送 → 微小管／細胞や核の形の保持 → 中間径フィラメント
その繊維の上を動くモータータンパク質を対応させる：アクチンフィラメント → ミオシン、微小管 → キネシン（中心から周辺へ）とダイニン（周辺から中心へ、繊毛・べん毛の運動も）。中間径フィラメントの上を動くモータータンパク質はない
薬品の実験では、その薬品がどの繊維の形成を妨げるかを確かめ（コルヒチン → 微小管、サイトカラシン → アクチンフィラメント）、その繊維がかかわるはたらきだけが止まると考える
選択肢ごとに、繊維・モータータンパク質・はたらきの組み合わせが正しいかを照らし合わせて判断する
例題
細胞骨格とモータータンパク質に関する記述として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア ミオシンは、微小管の上を ATP のエネルギーを使って移動し、小胞を運ぶ。
イ 微小管の形成を妨げる薬品（コルヒチン）で処理した細胞では、紡錘体が形成されず、染色体が両極へ移動できない。
ウ 中間径フィラメントは、チューブリンがつながってできた中空の管で、3 種類の細胞骨格の中で最も太い。
エ キネシンとダイニンは、アクチンフィラメントの上を互いに逆向きに移動する。
例題の解答
手順に沿って、選択肢ごとに「繊維・モータータンパク質・はたらき」の組み合わせを確かめる。
ア：小胞の輸送（手順 1）は微小管がかかわる（手順 2）が、微小管の上を動くのはキネシンとダイニンで、ミオシンはアクチンフィラメントの上を動く（手順 3）。誤り。
イ：コルヒチンは微小管の形成を妨げる（手順 4）。紡錘体は微小管（紡錘糸）でできているので形成されず、染色体を両極へ引き離すことができない。正しい。
ウ：チューブリンでできた中空の管で最も太いのは微小管である（手順 2）。中間径フィラメントは太さが中間の丈夫な繊維で、細胞や核の形を保つ。誤り。
エ：キネシンとダイニンが互いに逆向きに移動するのは正しいが、その繊維は微小管である（手順 3）。アクチンフィラメントの上を動くのはミオシン。誤り。
（手順 5）以上より、正しいのはイ。
答え: イ
よくある誤り
キネシン・ダイニンもアクチンフィラメントの上を動くとしてしまう誤り。正しくは、アクチンフィラメントの上を動くのはミオシン、微小管の上を動くのはキネシンとダイニン
「太さが中間」だからといって中間径フィラメントの材料をアクチンやチューブリンとしてしまう誤り。正しくは、中間径フィラメントの材料は細胞の種類によって異なるタンパク質（ケラチンなど）で、モータータンパク質が動くレールにはならず、おもに細胞や核の形を支える
コルヒチンで処理すると細胞質分裂だけが止まり、染色体は分かれるとしてしまう誤り。正しくは、コルヒチンは微小管の形成を妨げるので紡錘体ができず、染色体が両極へ分離できない（その結果、染色体数が倍になった細胞ができることがある）。動物細胞のくびれ（細胞質分裂）を担うのはアクチンフィラメントとミオシン
繊毛・べん毛の運動をミオシンとアクチンフィラメントのはたらきとしてしまう誤り。正しくは、繊毛・べん毛の中の微小管どうしをダイニンがずらすことで曲がる運動が起こる
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
この技能を使う問題
真核細胞の細胞質には、タンパク質でできた繊維状の構造が網目のように広がっており、細胞骨格とよばれる。細胞骨格に関する記述として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。
- ア アクチンフィラメントは、チューブリンという球状のタンパク質が多数つながってできた繊維で、筋収縮に関わる。
- イ 微小管は紡錘体や繊毛・べん毛をつくり、ミオシンが微小管の上を移動することで細胞小器官が運ばれる。
- ウ 中間径フィラメントは、細胞や核の形を保つはたらきをもち、細胞分裂のときには紡錘体をつくる。
- エ 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のはたらきで、細胞膜が赤道面の位置でくびれる。
- オ 細胞骨格は動物細胞にだけ存在し、植物細胞には存在しない。
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。
真核細胞の細胞骨格とモータータンパク質に関する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 動物細胞の細胞質分裂のときに細胞膜をくびれさせる収縮環は、微小管でできている。
- イ ミオシンは、ATP を分解して得たエネルギーを使い、微小管に沿って移動する。
- ウ キネシンとダイニンは、ATP を分解して得たエネルギーを使い、微小管に沿って移動する。
- エ 中間径フィラメントは、細胞分裂のときに紡錘体をつくり、染色体の移動にはたらく。
- オ 繊毛や鞭毛の屈曲運動は、アクチンフィラメントとミオシンのはたらきによって起こる。
この技能の次に学べること
- 細胞間の結合 （高校生物 細胞と分子（知識））
- 骨格筋の構造と滑り説 （高校生物 生物の環境応答（知識））