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骨格筋の構造と滑り説

筋繊維・筋原繊維・サルコメアの構造、アクチンフィラメントとミオシンフィラメントの配置、収縮時に明帯・H 帯が短くなり暗帯の長さが変わらないこと（滑り説）について、正しい記述を選べる

前提

• 刺激と反応、骨格と筋肉 （中学理科 生物分野の用語と知識）
• 細胞骨格とモータータンパク質 （高校生物 細胞と分子（知識））

説明

なぜそうしてよいのか

手順

1. 階層を確認する：筋肉 ＞ 筋繊維（多数の核をもつ 1 つの細胞）＞ 筋原繊維 ＞ サルコメアのくり返し

2. サルコメアの範囲を確認する：Z 膜から隣の Z 膜まで。アクチンフィラメントは Z 膜に結合し、ミオシンフィラメントは中央にある

3. 各部分を対応させる：暗帯 ＝ ミオシンフィラメントのある範囲、明帯 ＝ アクチンフィラメントだけの範囲（Z 膜をはさむ）、H 帯 ＝ 暗帯の中央でミオシンフィラメントだけの範囲

4. 収縮のしくみを当てはめる：ミオシン頭部が ATP を使ってアクチンフィラメントを中央へ引き込み、フィラメント自体の長さは変わらない

5. 長さの変化を判定する：サルコメア・明帯・H 帯は短くなり、暗帯は変わらない（暗帯の長さ ＝ ミオシンフィラメントの長さ）

例題

よくある誤り

• 収縮のときにフィラメントそのものが縮むとしてしまう誤り。正しくは、アクチンフィラメントもミオシンフィラメントも長さは変わらず、重なる範囲が大きくなることでサルコメアが短くなる。

• 収縮のときに暗帯も短くなるとしてしまう誤り。正しくは、暗帯の長さはミオシンフィラメントの長さに等しいので変わらない（暗帯の長さ ＝ ミオシンフィラメントの長さ ＝ 一定）。短くなるのは明帯と H 帯とサルコメア。

• 明帯と暗帯に含まれるフィラメントを逆に覚えてしまう誤り。正しくは、明帯はアクチンフィラメントだけの範囲（中央に Z 膜がある）、暗帯はミオシンフィラメントがある範囲（中央に H 帯がある）。

• ミオシンフィラメントが Z 膜に付いているとしてしまう誤り。正しくは、Z 膜に結合しているのはアクチンフィラメントで、ミオシンフィラメントはサルコメアの中央にあり、Z 膜には結合していない。

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

• 難易度 1（教科書の例題レベル）

  骨格筋の筋原繊維は、Z 膜で仕切られたサルコメア（筋節）がくり返し並んだ構造をしている。滑り説にもとづいて、骨格筋が収縮するときに起こる変化としてあてはまるものを、次のア〜オからすべて選べ。

  • ア　明帯（I 帯）の長さが短くなる。
  • イ　暗帯（A 帯）の長さが短くなる。
  • ウ　H 帯の長さが短くなる。
  • エ　アクチンフィラメント 1 本の長さが短くなる。
  • オ　サルコメアの長さが短くなる。

この技能を使う問題

• 難易度 4（国公立二次の標準レベル）

  骨格筋の筋原繊維は、サルコメア（筋節）とよばれる単位がくり返した構造をもち、アクチンフィラメントとミオシンフィラメントが規則正しく並んでいる。骨格筋の構造と収縮のしくみについて述べた文として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。

  • ア　筋肉が収縮するとき、アクチンフィラメントとミオシンフィラメントがそれぞれ短くなることで、サルコメアが短くなる。
  • イ　筋肉が収縮するとき、明帯（I 帯）の長さは短くなるが、暗帯（A 帯）の長さは変わらない。
  • ウ　アクチンフィラメントは ATP を分解する酵素（ATP アーゼ）としてはたらき、ATP の分解で得たエネルギーを使ってミオシンフィラメントをたぐり寄せる。
  • エ　筋繊維が興奮すると筋小胞体から $\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$ が放出され、$\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$ がトロポニンに結合すると、トロポミオシンによって妨げられていたアクチンとミオシンの結合が可能になる。
  • オ　筋繊維の興奮がおさまると、$\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$ は ATP のエネルギーを使った能動輸送によって筋小胞体に取りこまれ、筋肉は弛緩する。

この技能の次に学べること

• サルコメアの長さと明帯・暗帯 （高校生物 生物の環境応答）
• 筋収縮のしくみとカルシウムイオン （高校生物 生物の環境応答（知識））