細胞と分子（知識）

3 種類の生物 A〜C の細胞を電子顕微鏡で観察し、いくつかの構造があるかどうかを調べた。次の表は、その結果をまとめたものである（○はある、×はないことを表す）。

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〜エから 1 つ選べ。
- ア　A は核膜をもたないので、DNA ももたない生物である。
- イ　B は細胞壁をもたないので、原核細胞からなる生物である。
- ウ　A は原核細胞からなる生物で、B と C は真核細胞からなる生物である。
- エ　C は葉緑体をもつので、原核細胞からなる生物である。

次の文章を読み、下の問いに答えよ。

酵素はタンパク質でできており、基質と結合する部分（活性部位）の（ a ）が、特定の基質とだけぴったり合うようになっている。そのため、酵素は特定の基質にだけ作用する。ある酵素の水溶液を高温で十分に加熱したあと、もとの温度にもどしてから基質を加えた。加熱によって酵素の（ a ）が変化していると、この酵素は基質と（ b ）。

文章中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次の表のア〜エから 1 つ選べ。

次の文章を読み、下の問いに答えよ。

真核細胞の内部には、膜で包まれたさまざまな細胞小器官がある。小胞体から送られてきたタンパク質を受け取り、濃縮したり小胞に包んだりして、細胞外へ分泌するなどのはたらきをもつ細胞小器官は（ a ）である。また、内部に多くの分解酵素を含み、細胞内に取り込んだ物質や不要になった細胞内の構造を分解する、動物細胞に見られる細胞小器官は（ b ）である。

文章中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次の表のア〜エから 1 つ選べ。

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〜エから 1 つ選べ。

ある酵素の基質とよく似た立体構造をもつ物質 X は、酵素の基質が結合する部分である（ a ）に結合して、基質が酵素に結合するのを妨げる。そのため、X が一定量あるとき、基質の濃度を高くしていくと、X による反応速度の低下の度合いは小さくなっていく。このような酵素反応の阻害を（ b ）という。

細胞膜を通した物質の出し入れと、分泌タンパク質が細胞外へ出されるまでの経路について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　エキソサイトーシスでは、細胞膜の一部がくびれ込んで小胞をつくり、細胞外の物質を細胞内に取り込む。
• イ　白血球が細菌を細胞内に取り込むはたらき（食作用）は、エキソサイトーシスの一例である。
• ウ　分泌タンパク質は、ゴルジ体を経てから粗面小胞体に送られ、分泌小胞に入って細胞外へ出される。
• エ　分泌タンパク質は、粗面小胞体からゴルジ体を経て分泌小胞に入り、エキソサイトーシスで細胞外へ出される。

細胞周期と体細胞分裂について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　DNA の複製は、分裂期の前期に起こる。
• イ　分裂期の中期には、染色体が細胞の赤道面に並ぶ。
• ウ　分裂期の後期には、核膜が再び現れて新しい核ができる。
• エ　植物細胞の細胞質分裂では、細胞膜が外側からくびれ込んで細胞質が二分される。

ステロイドホルモン（糖質コルチコイドなど）は脂溶性の情報伝達物質である。ステロイドホルモンが標的細胞に情報を伝えるしくみ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　細胞膜にあるイオンチャネル型受容体に結合し、チャネルを開いてイオンを細胞内に流入させる。
• イ　細胞膜にある G タンパク質共役型受容体に結合し、細胞内のセカンドメッセンジャー（cAMP）を増加させる。
• ウ　細胞膜を通過して細胞内（細胞質や核）にある受容体に結合し、特定の遺伝子の発現を調節する。
• エ　細胞膜にある酵素型受容体に結合し、受容体自身がもつ酵素のはたらきを活性化させる。

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。

動物の細胞どうしの結合（細胞間結合）について述べた文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　ギャップ結合は、隣り合う細胞の細胞膜どうしをすき間なく結びつけ、細胞と細胞の間を物質が通り抜けるのを防ぐ結合である。
• イ　固定結合で細胞どうしを結びつけるカドヘリンは、異なる種類のカドヘリンどうしが結合しやすく、同じ種類のカドヘリンどうしは結合しにくい。
• ウ　ギャップ結合では、管状のタンパク質によって隣り合う細胞の細胞質がつながり、イオンや小さな分子が直接移動できる。
• エ　固定結合で細胞どうしを結びつけるカドヘリンは、$\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$ がなくても隣の細胞のカドヘリンと結合してはたらく。

細胞膜を通した物質の移動のうち、能動輸送にあたるもの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　酸素が、リン脂質二重層を直接通り抜けて、濃度の高い細胞外から濃度の低い細胞内へ移動する。
• イ　水が、アクアポリンを通って、細胞膜の内外の濃度差にしたがって移動する。
• ウ　カリウムイオンが、開いたチャネルを通って、濃度の高い細胞内から濃度の低い細胞外へ移動する。
• エ　ナトリウムイオンが、ATP のエネルギーを使うポンプによって、濃度の低い細胞内から濃度の高い細胞外へ運ばれる。
• オ　グルコースが、輸送体（担体）に結合して、濃度の高い側から濃度の低い側へ運ばれる。

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。

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。

生物の共通性と、原核細胞・真核細胞のちがい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　大腸菌の細胞は核膜をもたないが、細胞内にミトコンドリアをもち、そこで呼吸を行う。
• イ　ネンジュモなどのシアノバクテリアは、細胞内に葉緑体をもち、そこで光合成を行う。
• ウ　原核細胞も真核細胞も、細胞膜で包まれ、DNA を遺伝物質とし、リボソームでタンパク質を合成する。
• エ　酵母（酵母菌）は 1 個の細胞からなる単細胞生物なので、原核生物に分類される。
• オ　ATP はアデノシンに 3 分子のリン酸が結合した物質で、リン酸どうしの結合が切れるときにエネルギーを吸収する。

細胞膜の構造と、細胞膜を通した物質の輸送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　受動輸送では、物質は細胞膜をはさんだ濃度勾配に逆らって、濃度の低い側から高い側へ移動する。
• イ　アクアポリンは水分子を通すチャネルであり、ATP のエネルギーを使って水分子を輸送する。
• ウ　ナトリウムポンプは、ATP のエネルギーを使って、$\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$ を細胞外へ、${\mathrm{K}}^{+}$ を細胞内へ輸送する。
• エ　エキソサイトーシスでは、細胞膜が陥入して細胞外の物質を包み込み、小胞として細胞内に取り込む。
• オ　リン脂質二重層では、リン脂質の疎水性の部分が膜の外側を向き、親水性の部分が膜の内側で向かい合っている。

真核生物の体細胞分裂を行う細胞の細胞周期について、各時期に見られる現象を述べた記述として正しいものを、次のア〜オのうちからすべて選べ。

• ア　S期には、DNA が複製されるとともに、染色体が凝縮して光学顕微鏡で観察できるようになる。
• イ　前期には、核内に分散していた染色体が凝縮して太く短いひも状になり、やがて核膜が消失する。
• ウ　中期には、染色体が細胞の赤道面に並び、各染色体の動原体に紡錘糸が結合している。
• エ　後期には、相同染色体どうしが分かれて、それぞれ両極へ移動する。
• オ　終期には、植物細胞では細胞の中央に細胞板が形成され、細胞質が二分される。

真核細胞の細胞小器官の構造とはたらきに関する記述として正しいものを、次のア〜カのうちからすべて選べ。

• ア　核を包む核膜には核膜孔とよばれる小さな穴があり、核内で合成された mRNA は核膜孔を通って細胞質へ移動する。
• イ　ミトコンドリアは独自の DNA をもち、その内膜はクリステとよばれるひだ状の構造をつくっている。
• ウ　葉緑体のチラコイドの膜では、二酸化炭素を取り込んで有機物を合成するカルビン回路の反応が進む。
• エ　リソソームは内部に加水分解酵素を含み、細胞内に取り込んだ物質や不要になった細胞内の構造物を分解する。
• オ　ゴルジ体は、表面にリボソームが付着した膜構造で、タンパク質を合成する場となる。
• カ　植物細胞の液胞は、細胞の成長にともなって小さくなり、内部にアントシアンなどの色素を含むことがある。

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。

消化酵素を盛んに分泌するすい臓の細胞に、放射性同位体で標識したアミノ酸を短時間だけ与え、その後は標識していないアミノ酸を含む液で培養を続けた。細胞内で放射能が多く見られる場所を時間を追って調べたところ、次の表のようになった。

細胞小器官 X は、小胞体から小胞によって運ばれてきたタンパク質を受け取り、糖を付加するなどの修飾や濃縮を行ったうえで、小胞に包んで細胞膜の方向などへ送り出すはたらきをもつ。細胞小器官 X の名称を答えよ。

ある動物の培養細胞を用いて、細胞内で別の物質に変化しない物質 X の取り込みを調べる実験を行った。細胞を、物質 X を含む培養液に入れ、次の条件 A・B で $37{}^{\circ }\mathrm{C}$ に保った。

• 条件 A　通常の培養液
• 条件 B　呼吸を阻害して ATP の合成を止める薬剤（呼吸阻害剤）を加えた培養液

実験開始時の細胞内の物質 X の濃度は $0$ であった。培養液中の物質 X の濃度は実験中つねに一定に保ち、細胞の体積は変化しなかった。培養液中の濃度を $1.0$ としたときの細胞内の物質 X の濃度（相対値）を調べたところ、次の表のようになった。

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〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　物質 X の取り込みは、条件 A でも条件 B でも、濃度の高いほうから低いほうへの移動だけで説明できる。
• イ　条件 B では、物質 X が細胞内から細胞外へくみ出されて、細胞内の濃度が細胞外より低く保たれている。
• ウ　条件 A では、物質 X は細胞外より細胞内の濃度が高くなるまで取り込まれており、この取り込みには呼吸でつくられる ATP のエネルギーが使われていると考えられる。
• エ　条件 A で細胞内の物質 X の濃度が細胞外より高くなったのは、物質 X がチャネルを通る受動輸送によって濃度勾配に逆らって移動したためである。
• オ　呼吸阻害剤は物質 X が細胞膜を通過することを完全に妨げるため、条件 B では物質 X は細胞内に入らない。

ある酵素 X の反応について、次の実験 1・2 を行った。

実験 1　酵素 X の量・温度（$37{}^{\circ }\mathrm{C}$）・pH（酵素 X の最適 pH）を一定にした。そのうえで、基質の濃度を変えて、反応開始直後の反応速度を測定した。測定は、(a) 阻害物質を加えない場合、(b) 物質 P を一定濃度加えた場合、(c) 物質 Q を一定濃度加えた場合の 3 通りで行った。結果は次の表のようになった。反応速度は、(a) で基質濃度を十分に高くしたときに近づく最大反応速度を $100$ としたときの相対値で示してある。

実験 2　実験 1 の (b)・(c) で用いた酵素 X を含む液を透析し、物質 P・物質 Q を取り除いた。その後、基質濃度 $100$ で反応速度を測定すると、どちらも $98$ であった。一方、酵素 X を含む液を $80{}^{\circ }\mathrm{C}$ で 10 分間加熱してから $37{}^{\circ }\mathrm{C}$ に戻し、同じ条件で測定すると、どの基質濃度でも反応速度は $0$ であった。

実験 1・2 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　物質 Q は、基質濃度を十分に高くすると、阻害の効果がほとんど見られなくなる。
• イ　物質 P を加えると、基質濃度をいくら高くしても、反応速度は阻害物質なしのときの約半分までしか上がらない。
• ウ　物質 P は基質と立体構造が似ていて、酵素 X の活性部位をめぐって基質と競合して結合すると考えられる。
• エ　物質 Q は酵素 X の活性部位に結合し、基質と競合することで反応を阻害すると考えられる。
• オ　物質 P・物質 Q はどちらも、加熱したときと同じように酵素 X を失活させ、取り除いてもその活性は元に戻らない。

細胞膜にあるタンパク質と、動物の細胞間の結合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　密着結合では、隣り合う細胞の細胞膜どうしが膜タンパク質によって結合しており、細胞間のすき間を水やイオンなどの物質が自由に通り抜けられるようになっている。
• イ　ギャップ結合では、中空の管状のタンパク質が隣り合う細胞をつないでおり、イオンや低分子の物質だけでなく、タンパク質などの高分子の物質も細胞間を直接移動できる。
• ウ　ナトリウムポンプは、ATP のエネルギーを利用して、$\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$ を細胞外から細胞内へ、${\mathrm{K}}^{+}$ を細胞内から細胞外へ、それぞれ濃度勾配に逆らって輸送する。
• エ　カドヘリンは細胞膜を貫通するタンパク質で、同じ種類のカドヘリンをもつ細胞どうしを結合させ、この結合にはカルシウムイオンが必要である。
• オ　アクアポリンは水分子を選択的に通すタンパク質で、ATP のエネルギーを使って水分子を濃度勾配に逆らって輸送する能動輸送を行う。

真核生物の細胞周期と体細胞分裂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　${\mathrm{G}}_1$ 期の細胞の核 1 個あたりの DNA 量は、${\mathrm{G}}_2$ 期の細胞の核 1 個あたりの DNA 量の 2 倍である。
• イ　核の中で染色体が凝縮し始め、太く短いひも状として観察できるようになるのは、分裂期の後期である。
• ウ　分裂期の後期には、相同染色体どうしが分かれて、それぞれ細胞の両極へ移動する。
• エ　分裂期の中期には、各染色体の動原体に紡錘糸が結合し、染色体が赤道面に並ぶ。
• オ　植物細胞の細胞質分裂では、細胞膜が細胞の外側から内側に向かってくびれ込み、細胞が 2 つに分かれる。