ある細胞で、グルコース がすべて呼吸に使われ、次の反応式のとおりに完全に分解された。
このとき放出された二酸化炭素の質量は何 g か。原子量は 、、 とし、小数第 1 位まで求めよ。
扱うテーマ: 呼吸と発酵で消費されるグルコース・発生する二酸化炭素の量、呼吸商と呼吸基質の推定、光合成速度・呼吸速度と見かけの光合成速度(光の強さと二酸化炭素の吸収量の表から)、1 日の光合成量と有機物の増加量(明期・暗期の長さから)、酵素反応の速度と基質濃度・酵素濃度の関係(表で与える)
ある細胞で、グルコース がすべて呼吸に使われ、次の反応式のとおりに完全に分解された。
このとき放出された二酸化炭素の質量は何 g か。原子量は 、、 とし、小数第 1 位まで求めよ。
ある酵素の量と温度・pH を一定にして、基質の濃度だけを変え、反応開始直後の反応速度(生成物が 1 分間あたりにできる量)を測定した。結果は次の表のとおりである。
| 基質濃度() | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 32 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 反応速度() | 12 | 20 | 30 | 38 | 40 | 40 |
基質濃度を表の値より高くしても、反応速度は表の最大の値から変わらないものとする。反応速度が最大反応速度のちょうど半分になったときの基質濃度は何 か。表の値から答えよ。
酵母菌をグルコース水溶液に入れて培養したところ、ある時間のあいだに、酵母菌は酸素を 吸収し、二酸化炭素を合計 放出した。この間、酵母菌はグルコースだけを使って呼吸とアルコール発酵を同時に行っており、それぞれ次の反応式のとおりに進んだものとする。
呼吸:
アルコール発酵:
この間にアルコール発酵で使われたグルコースは何 か。
同じ量の発芽種子を入れた密閉容器 A、B を用意した。容器 A には二酸化炭素を吸収する水酸化カリウム水溶液を、容器 B には水酸化カリウム水溶液の代わりに同じ量の水を入れた。温度を一定に保って一定時間置いたところ、容器内の気体の体積は次のように減少した。
| 容器 | 入れたもの | 気体の体積の減少量() |
|---|---|---|
| A | 水酸化カリウム水溶液 | 50 |
| B | 水 | 15 |
容器 A では、種子が放出した二酸化炭素はすべて水酸化カリウム水溶液に吸収され、容器 B では、二酸化炭素は水に吸収されないものとする。また、A と B の種子は同じ量の酸素を吸収し、同じ量の二酸化炭素を放出したものとする。この発芽種子の呼吸商を小数第 1 位まで求めよ。
ある植物の葉に光を当てたところ、ある時間のあいだに、この葉は光合成によって二酸化炭素を 吸収した。光合成は次の反応式のとおりに進み、吸収した二酸化炭素はすべてグルコースの合成に使われたものとする。
この間に光合成でつくられたグルコースは何 か。原子量は 、、 とする。
陽生植物 A と陰生植物 B の葉について、温度と二酸化炭素濃度を一定にして光の強さを変え、葉 が 1 時間あたりに吸収した二酸化炭素の量()を測定した。結果は次の表のとおりである。負の値は二酸化炭素を放出したことを表す。
| 光の強さ(キロルクス) | 0 | 2 | 4 | 6 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|
| 植物 A の吸収量() | |||||
| 植物 B の吸収量() |
表の隣り合う光の強さの間では、どちらの植物も吸収量は光の強さに対して直線的に変化するものとする。光の強さが 0 キロルクスより強いとき、植物 A と植物 B の二酸化炭素の吸収量が等しくなる光の強さは何キロルクスか。
ある酵素の溶液を一定の濃度にし、温度と pH を一定に保って、基質濃度だけを変えて反応開始直後の反応速度を測定した。結果は次の表のとおりである。
| 基質濃度() | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 |
|---|---|---|---|---|---|
| 反応速度(相対値) | 6 | 10 | 15 | 19 | 20 |
温度・pH は変えずに、酵素濃度だけを表の実験のときの 2 倍にして、基質濃度 で同じように反応速度を測定した。このときの反応速度(相対値)を求めよ。ただし、同じ基質濃度では、反応速度は酵素濃度に比例するものとする。
ある酵素について、酵素濃度・温度・pH を一定にし、阻害物質 X を加えない場合と、一定量の X を加えた場合のそれぞれで、基質濃度を変えて反応開始直後の反応速度(相対値)を測定した。結果は次の表のとおりである。
| 基質濃度() | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| X なし | 12 | 20 | 28 | 34 | 38 | 40 | 40 |
| X あり | 5 | 10 | 15 | 20 | 28 | 36 | 40 |
X を加えた場合に、反応速度が「X を加えない場合の最大反応速度」のちょうど半分になるときの基質濃度は何 か。表の値から答えよ。
ある発芽種子は、炭水化物と脂肪の 2 種類だけを呼吸基質として呼吸している。一定時間のあいだに、この種子は酸素を合計 吸収し、二酸化炭素を合計 放出した。炭水化物の呼吸商を 、脂肪の呼吸商を とするとき、脂肪の分解に使われた酸素は何 か。ただし、気体の体積はすべて同じ温度・圧力で測ったものとする。
ある植物を、温度を一定にして、1 日(24 時間)のうち 10 時間は一定の強さの光を当て(明期)、残りの 14 時間は暗黒(暗期)に置いた。この植物について、次のことがわかっている。
呼吸速度は明期と暗期で同じとし、光合成でつくられ呼吸で使われる有機物はすべてグルコースであるとする。光合成と呼吸は次の反応式のとおりに進むものとする。
光合成:
呼吸:
この植物の 1 日あたりのグルコースの増加量は何 か。原子量は 、、 とする。
ある植物の葉 に、温度と二酸化炭素濃度を一定にしてさまざまな強さの光を当て、1 時間あたりに葉が外部から吸収した二酸化炭素の量を測定したところ、次の表のようになった。この測定値は、光合成で取り込んだ量から呼吸で放出した量を差し引いた量(見かけの吸収量)であり、負の値は二酸化炭素を放出したことを表す。
| 光の強さ [キロルクス] | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 二酸化炭素の吸収量 [mg] |
呼吸速度は光の強さによらず一定であるとする。この葉 に キロルクスの光を 時間当て続けたとき、この葉が 時間に光合成そのものによって取り込んだ二酸化炭素の総量(呼吸による放出を差し引かない量)は何 mg か。
グルコースだけを呼吸基質として含む培養液に酵母を入れ、密閉した容器の中で一定時間培養した。この間に、酵母が吸収した酸素は 、放出した二酸化炭素は であった。
酵母は、呼吸(グルコースを完全に分解する反応)とアルコール発酵を同時に行っていたものとし、それぞれの反応は次の反応式で表されるものとする。また、酸素の吸収と二酸化炭素の放出は、この 2 つの反応によるものだけとする。
この間に酵母が消費したグルコースは、呼吸とアルコール発酵を合わせて何 g か。ただし、グルコースのモル質量は とする。
酵母をグルコース水溶液に入れ、酸素の供給を制限した条件で一定時間培養した。この間に酵母が消費したグルコースは であり、培養液中には のエタノールが生じていた。
この間、酵母は呼吸とアルコール発酵の両方を行っていたものとする。呼吸基質はグルコースだけであり、消費されたグルコースはすべて、呼吸では二酸化炭素と水に、アルコール発酵ではエタノールと二酸化炭素に完全に分解されたとする。また、生じたエタノールはそれ以上分解・消費されなかったとする。
この間に酵母が放出した二酸化炭素の質量の合計は何 か。ただし、原子量は , , とする。
ある植物の発芽種子を、暗所で、気体の出入りがない密閉容器に入れ、一定の温度で一定時間置いた。容器内の酸素と二酸化炭素の物質量を、実験の開始時と終了時に気体分析装置で測定したところ、次の表のようになった。
| 気体 | 開始時 (mmol) | 終了時 (mmol) |
|---|---|---|
| 酸素 | ||
| 二酸化炭素 |
この間、種子はグルコース と脂肪であるトリオレイン の 2 種類だけを呼吸基質として用い、どちらも好気呼吸によって二酸化炭素と水に完全に分解したものとする。発酵は起こらず、暗所なので光合成も起こらない。また、容器内の酸素と二酸化炭素の量の変化は、すべてこの呼吸によるものとし、二酸化炭素が水などに溶けることは無視する。
この間に分解されたトリオレインの質量は何 mg か。原子量は , , とする。
ある植物 1 個体を、温度を一定に保った装置に入れ、一定の強さの光を当てたとき(明期)と光を当てないとき(暗期)に、1 時間あたりの酸素の出入りを測定したところ、次の表のようになった。
| 条件 | 1 時間あたりの酸素の出入り |
|---|---|
| 明期(光を当てたとき) | 酸素を 放出 |
| 暗期(光を当てないとき) | 酸素を 吸収 |
この植物を、明期と暗期の合計が 24 時間になるように、同じ条件で 1 日育てる。光合成でつくられる有機物と呼吸で分解される有機物はすべてグルコース であり、光合成と呼吸は次の反応式で表されるものとする。
また、呼吸の速さは明期と暗期で同じであり、それぞれの期間中、表の速さは一定であるとする。原子量は , , とする。
この植物の 1 日のグルコースの増加量を にするには、明期を何時間にすればよいか。
ある酵素を一定の濃度(これを濃度 とする)で含む溶液に、さまざまな濃度の基質を加えた。温度と pH を一定にして、反応開始直後の生成物の生成速度(反応速度)を測定したところ、次の表のようになった。
| 基質濃度 [mmol/L] | 2 | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 反応速度 [μmol/分] | 12 | 20 | 30 | 40 | 48 | 48 |
次に、温度と pH を同じにしたまま、酵素濃度を にした溶液に、表のいずれかの濃度で基質を加えて反応速度を測定した。その結果、反応速度は、酵素濃度 で基質濃度を十分に高くしたときの反応速度の 倍であった。
このとき加えた基質の濃度は何 mmol/L か。ただし、温度・pH・基質濃度が同じであれば、反応開始直後の反応速度は酵素濃度に比例するものとする。
ある植物を鉢ごと透明な容器に入れ、温度と二酸化炭素濃度を一定に保った。この状態でさまざまな強さの光を当て、植物体全体が 1 時間あたりに吸収する二酸化炭素の量を測定したところ、次の表のようになった。負の値は、二酸化炭素を放出したことを表す。
| 光の強さ(キロルクス) | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 二酸化炭素の吸収量(mg/時) |
この植物を同じ温度と二酸化炭素濃度の条件のもとに置き、1 日(24 時間)のうち 時間は 10 キロルクスの光を当て、残りの 時間は暗黒にした。この 1 日で、植物体に含まれるグルコースの量がちょうど 増加したとき、 の値を求めよ。
ただし、次のように考えるものとする。
- 呼吸速度は、光の強さにかかわらず一定である。
- 光合成で吸収した二酸化炭素はすべてグルコースの合成に使われ、呼吸ではグルコースだけが分解される。
- 光合成と呼吸は、どちらも反応式 にしたがって進む。
- 原子量は , , とする。
発芽中の種子の呼吸を調べるため、同じ種類・同じ量の発芽種子を 2 つのフラスコ A, B に入れて密閉し、同じ温度で同じ時間だけ放置した。フラスコ A には二酸化炭素を完全に吸収する水酸化カリウム水溶液を入れた容器を、フラスコ B には同じ量の水を入れた容器をそれぞれ種子とともに入れておいた。この間に、フラスコ内の気体の体積は次の表のように減少した。
| フラスコ | 容器に入れたもの | 気体の体積の減少量(mL) |
|---|---|---|
| A | 水酸化カリウム水溶液 | 50 |
| B | 水 | 9 |
この種子は、呼吸基質として炭水化物と脂肪の 2 種類だけを用い、どちらも酸素を用いた呼吸で完全に分解していたものとする。炭水化物の呼吸商を 、脂肪の呼吸商を とする。
種子が吸収した酸素のうち、脂肪の分解に使われた酸素の割合は何 % か。
ただし、気体の体積はすべて同じ温度・圧力で測定したものとし、水への二酸化炭素の溶解や、呼吸以外による気体の出入りは無視できるものとする。
ある酵素 E を使い、基質濃度を変えて反応の初速度(反応開始直後の生成物の生成速度)を測定した。温度と pH は常に一定で、最適条件に保った。酵素濃度は、実験 1 での濃度を 1.0 とした相対値で表す。
実験 1:酵素濃度 1.0、阻害物質なし
| 基質濃度 (mmol/L) | 1 | 2 | 4 | 6 | 10 | 18 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 初速度 (μmol/分) | 20 | 30 | 40 | 45 | 50 | 54 |
実験 2:酵素濃度 2.0、阻害物質なし
| 基質濃度 (mmol/L) | 1 | 10 |
|---|---|---|
| 初速度 (μmol/分) | 40 | 100 |
実験 3:酵素濃度 1.0、阻害物質 Y を一定濃度で加えた
| 基質濃度 (mmol/L) | 2 | 4 | 8 | 20 | 36 |
|---|---|---|---|---|---|
| 初速度 (μmol/分) | 20 | 30 | 40 | 50 | 54 |
次のことを前提とする。
- 実験 1 と実験 3 の結果から読み取れる基質濃度と初速度の関係の規則性は、表に示されていない基質濃度でも成り立つ。
- 阻害物質 Y の有無にかかわらず、同じ基質濃度での初速度は酵素濃度に比例する(実験 2 の結果はこのことを示している)。
酵素濃度を 2.0 とし、阻害物質 Y を実験 3 と同じ濃度で加えたとき、初速度が 90 μmol/分 となるのは基質濃度が何 mmol/L のときか。整数で答えよ。
陽生植物 A と陰生植物 B の葉を用意し、温度 、二酸化炭素濃度を一定にして、さまざまな強さの光を当てた。葉 あたり 1 時間あたりの二酸化炭素の吸収量 [mg] を測定したところ、次の表のようになった。負の値は二酸化炭素を放出したことを表す。
| 光の強さ [klx] | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 植物 A | |||||||
| 植物 B |
次に、植物 A, B の葉(どちらも面積 )を同じ条件で次のように 1 日(24 時間)育てた。
ただし、次のことを仮定する。
1 日あたりの二酸化炭素の吸収量の差し引き(吸収量から放出量を引いたもの)が植物 A と植物 B で等しくなるのは、 が何 klx のときか。ただし とする。
グルコースを含む培養液に酵母を加え、少量の空気を含む容器の中で一定温度で培養した。培養の前後で培養液を分析したところ、次の表の結果が得られた。
| 測定項目 | 量 |
|---|---|
| 減少したグルコース | |
| 生じたエタノール |
酵母が消費したグルコースは、すべて呼吸(グルコースを完全に二酸化炭素と水に分解する反応)とアルコール発酵のどちらかに使われたものとする。生じたエタノールはその後分解されず、グルコースは呼吸とアルコール発酵以外には使われなかったものとする。原子量は , , とする。
この培養の間に酵母が放出した二酸化炭素の質量は何 g か。小数第 1 位まで求めよ。
ある植物の発芽種子は、呼吸基質としてグルコース と脂肪の一種であるトリパルミチン の 2 種類だけを使っている。この発芽種子を一定の温度で一定時間置いたところ、その間に吸収した酸素は 、放出した二酸化炭素は であった。
この間、呼吸はすべて好気呼吸(呼吸基質は二酸化炭素と水に完全に分解される)で行われ、発酵や光合成などの呼吸以外の気体の出入りはなかったものとする。また、トリパルミチンも好気呼吸によって最終的に二酸化炭素と水だけに分解されるものとする。
この間に呼吸で消費されたグルコースの質量は何 mg か。ただし、原子量は 、、 とする。
ある植物の葉に、温度と二酸化炭素濃度を一定にしてさまざまな強さの光を当て、葉 あたり 1 時間あたりの二酸化炭素の吸収量を測定したところ、次の表のようになった。負の値は二酸化炭素を放出したことを表す。
| 光の強さ(ルクス) | 0 | 2000 | 4000 | 6000 | 8000 | 10000 | 12000 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 二酸化炭素の吸収量(mg/(100 cm²·時)) |
この植物の葉面積 の部分に、同じ温度・二酸化炭素濃度のもとで、1 日(24 時間)のうち 10000 ルクスの光を 10 時間、6000 ルクスの光を 2 時間当て、残りの 12 時間は暗黒においた。
この 1 日の間に、この葉面積 の部分で増加した有機物の量を、グルコースに換算すると何 mg か。
ただし、呼吸速度は光の強さに関係なく一定とし、光合成でつくられる有機物と呼吸で分解される有機物はすべてグルコースとする。光合成と呼吸の反応は、全体として次の式で表されるものとし、原子量は , , とする。
ある植物 1 個体を透明な密閉容器に入れ、光の条件と温度を変えて、容器内の二酸化炭素量の 1 時間あたりの変化を測定した。結果は次の表のとおりである。光 A は強い光、光 B は弱い光である。
| 条件 | 温度 | 1 時間あたりの容器内の二酸化炭素量の変化 |
|---|---|---|
| 光 A を照射 | 減少 | |
| 光 B を照射 | 減少 | |
| 暗黒 | 増加 | |
| 暗黒 | 増加 |
この植物を、同じ条件のもとで次のように 1 日(24 時間)育てた。まず で光 A を何時間か照射し、続けて で光 B を 4 時間照射し、残りの時間はすべて の暗黒に置いた。この日、植物が光合成によってつくったグルコースの総量は であった。
この日 1 日の植物体の有機物の増加量は、グルコースに換算して何 mg か。
ただし、光合成の産物と呼吸の基質はすべてグルコース とし、光合成と呼吸の反応式は次のとおりとする。原子量は , , とする。
また、光を照射しているときの呼吸速度は、同じ温度の暗黒での呼吸速度と等しいものとする。各条件での速度は時間によらず一定であり、容器内の二酸化炭素濃度の変化は光合成速度・呼吸速度に影響しないものとする。
条件に合う問題はありません。