生物選択者（3ABEH組）へ

練習プリ⑨

「遺伝子の発現調節」解説

遺伝子が読み取られて、その働きが表に

現れることを、遺伝子の発現といいます。

遺伝子が発現するためには、前章でやった

ように、DNA→RNAに転写されて→

タンパク質に翻訳されることが必要です。

この章では、その反応を調節するしくみを

学びます。

【例題１】ｐ２３２

細かいしくみを覚える前に大腸菌にとって

ラクトースオペロンの調節が、どう役立って

いるか、理解しましょう。

　まず、ラクトース（乳糖）から説明します。

ラクトースは乳に含まれる二糖類で、グルコース

とガラクトースが結合してできています。

ラクトースは、赤ちゃんにとっても大腸菌に

とっても栄養分です。

赤ちゃんはラクトース分解酵素をもち、

それによってラクトース（乳糖）を分解し、

栄養として利用します。

　しかし、牛乳を飲まない人がたまに飲むと

牛乳の栄養分を分解できず、お腹を壊すなんて

ことがあります。それは必要でない時は、

不必要なラクトース分解酵素を作らないからです。

大腸菌も同様です。

グルコースを含む培地で生活する時は、

グルコースを栄養にして生活しますから、

ラクトース分解酵素は不要で合成もしません。

　グルコースがなく、ラクトースしかない時だけ、

ラクトース分解酵素をつくるように遺伝子が調節

されているのです。原核生物のくせに。

例題１の図を見ながら読んでください。

キーワードは５つです。

①    ラクトースオペロン…ラクトース分解酵素

　　　　の遺伝子群

②ＲＮＡポリメラーゼ…ＤＮＡ（遺伝子）から

　　　　ｍＲＮＡを合成し、その結果酵素が

　　　　合成される。

③プロモーター…ＲＮＡポリメラーゼがＤＮＡ

　　　　に結合する場所。転写の開始地点。

④調節たんぱく質（リプレッサー）…

　　　　ＲＮＡポリメラーゼの転写を抑制（邪魔）

　　　　したり促進するタンパク質。

　　　　今回は抑制し、これを特にリプレッサー

といいます。

⑤オペレーター…調節たんぱく質が結合する場所。

　　　　プロモーターとオペロンの間に存在する。

※まぎらっこしいですが、

Ｐｒｏｍｏｔｅｒ：主催者、発起人、促進物

　　　転写を開始する人（場所）

　Ｏｐｅｒａｔｏｒ：電話交換手、操作者

　　　転写を操作する人（場所）

　　　調節たんぱく質は抑制だけでなく、

　　　促進するものもあります。

　DNAのなかで、ラクトース分解酵素を

つくる部分をラクトースオペロンといいます。

ラクトースオペロンの前には、プロモーター

というRNAポリメラーゼが結合する場所があり、

そこからRNAポリメラーゼがｍRNAを転写すると

ラクトース分解酵素が合成されます。

　しかし、プロモーターとオペロンの間には

オペレーターという場所があり、ここに

調節タンパク質がはりついてRNAポリメラーゼの

転写を邪魔しています。これは意地悪ではなく、

不必要な時には作らない方が良いからです。

このように転写を抑制する場合は、

調節たんぱく質をリプレッサーともいいます。

　大腸菌をグルコースはなく、ラクトースのみ

与えて育てると、ラクトースを取り込み始めます。

ラクトースの構造を少し変化させて調節タンパク質に

結合させます。すると今まで邪魔をしてきた

調節たんぱく質は、オペレーターから離れます。

邪魔がなくなるとRNAポリメラーゼがＤＮＡ上を

転写して、ラクトース分解酵素が合成されるのです。

　このように酵素が不必要な時は抑制（邪魔）をし、

必要になるとはずれる　便利な調節タンパク質は、

ＤＮＡの別な場所で作られ、その場所は調節遺伝子と

呼ばれています。

【例題２】

真核生物の転写の調節は、原核生物よりも

複雑になります。しかし、基本は同じなので

下に比較してみましょう。

〈原核生物〉　　　　　〈真核生物〉

・遺伝子　　　　　　　　遺伝子

・ＲＮＡﾎﾟﾘﾒﾗｰｾﾞ　　　　ＲＮＡﾎﾟﾘﾒﾗｰｾﾞ

・プロモーター　　　　　プロモーター

・調節タンパク質　　　　調節タンパク質

・オペレーター　　　　　転写調節領域

・　　　　　　　　　　　基本転写因子

※ｵﾍﾟﾚｰﾀｰは遺伝子群とﾌﾟﾛﾓｰﾀｰの間に存在

しますが、

転写調節領域は遺伝子群とは離れた場所に

存在します。しかし、最後はﾌﾟﾛﾓｰﾀｰと接近

して、RNAﾎﾟﾘﾒﾗｰｾﾞや調節タンパク質や

基本転写因子がフック交代を形成します。

　真核生物では、転写が始まるためには

多くの基本転写因子が必要ですが、逆に言うと

より複雑な条件で反応を制御することが可能です。

【１９５】問２と問３　

トリプトファンはヒトにとって自分では

合成できない必須アミノ酸の１種です。

しかし、大腸菌は合成できます。

トリプトファン合成酵素をつくる大腸菌の遺伝子は

トリプトファンオペロンと呼ばれています。

トリプトファンオペロンもラクトースオペロンと

同様に調節タンパク質が抑制して調節しています。

　つまり調節タンパク質がオペレーターに結合

していない場合はトリプトファンオペロンが発現し、

トリプトファンが合成されるのです。

　しかし、トリプトファンが過剰に合成されると、

トリプトファンが調節タンパク質に結合し、

調節タンパク質はオペレーターに結合して

転写を抑制（邪魔）します。

このようにして、過剰なトリプトファン合成を

防いでいるのです。見事です！

※ラクトースオペロンとトリプトファンオペロン

　の調節の比較

○調節タンパク質が転写を抑制している

　つまり、リプレッサーとしてはたらく事は同じ

●ラクトースオペロンの調節タンパク質は、

ラクトースがない時オペレーターに結合して

転写を抑制している。

　ラクトースがあると調節タンパク質は合体して、

オペレーターからはずれ、転写が開始される。

　トリプトファンオペロンの調節タンパク質は、

トリプトファンがあると調節タンパク質と合体して、

オペレーターに結合し、転写を抑制する。

よって問２と問３は同じ（エ）です。

【１９６】問３　問題文の下線部で「しかし、

大腸菌の突然変異株のなかに、ラクトースが

なくても、常にこれらの酵素を発現している

ものが見つかった」とあります。

　よって突然変異株X株とY株は、ラクトース

オペロンの発現を抑制するしくみが機能して

いないことが分かります。よって

（エ）オペレーター　か

（カ）リプレッサーをコードする遺伝子

いずれかがおかしいということになります。

　X株は正常遺伝子を導入すると、野生株

つまり正常に戻りましたから、（カ）の

リプレッサーをつくる遺伝子がおかしかった

と考えます。

　Y株は正常遺伝子を導入しても、正常には

なりませんでした。これは（エ）のオペレーター

の場所に以上があり、常にリプレッサーが結合

出来ないためと考えられます。正常なオペレーター

遺伝子を導入しても、導入の場所が違うので

正常には戻らないのです。

【１９８】今回この問題は抜かします。

【２００】ホルモンには授業プリント１２でやった

ように、ペプチド系ホルモンとステロイド系ホルモン

の2種類があります。

①    ペプチド系ホルモン…インスリン、成長ホルモン

　ポリペプチドやタンパク質が主成分で大きい分子

　で水溶性なのでリン脂質の細胞膜を通過できません。

　よって細胞膜上の受容体に結合して、細胞内で

　ｃAMPなどのセカンドメッセンジャーが合成され

　それらの反応が遺伝子に伝わります。

②    ステロイド系ホルモン…糖質コルチコイド、

生殖腺刺激ホルモン、チロキシン　など

脂溶性なので細胞膜を通過でき、細胞内の

受容体と結合して遺伝子の発現を調節する。

生物選択者（３ＡＢＥＦＧＨ組）へ　

練習ﾌﾟﾘ⑧解説「ＤＮＡとタンパク質合成」

定期考査まで、いよいよあと３週間です。宿題も勿論

試験範囲です。しっかりと理解しながらやって下さい。

【ＳＴＥＰ１】１～１５　全て大切

【例題１】

【例題２】

どちらも基本事項なので、ぜひ覚えましょう。

【１８２】

問３　問題集ｐ２１４または授業プリントのＤＮＡ構造の

　図を見て下さい。

　「水素結合」とは、ＮやＯの原子が間にＨをはさんで

　引き合う結合です。ペプチド結合のような強い結合に

比べると軽い結合で、高温では離れてしまいます。

でもそれが逆に便利なのです。

マジックテープのように、ついたり離れたりが簡単に

できます。

ＤＮＡの塩基のアデニンとチミンの間には、水素結合が

２カ所できます。一方グアニンとシトシンの間には、

水素結合が３カ所できます。これによって、塩基の

Ａ－Ｔ，Ｇ－Ｃは相補的に結合することになるのです。

【１８３】ＤＮＡは二本のヌクレオチド鎖からできていますが、

その二本はお互いに逆向きに結合しています。

　そしてＤＮＡを複製するＤＮＡポリマラーゼには、次の２つ

の特徴があります。

①    ＲＮＡの断片（プライマーという）の後に続いてしか、

ＤＮＡを複製できない。

②    複製の方向は必ず５‘→３’方向である。

①    ②に注意して、センサーの解説書の図を見て下さい。

片方は５‘→→→→３’方向に長―く複製できます。

こちらのＤＮＡはリーディング鎖で，長―くリード

されてつくられます。

しかし、もう一方は鋳型ＤＮＡがほどけるたびに、

新しくプライマーが必要になり、５‘→３’の短い断片

(これを岡崎フラグメントといいます)がいくつもできて

しまいます。こちらのＤＮＡはラギング鎖といいます。

【１８４】こういう計算は見るのも嫌という人、

がんばりましょう。

　大腸菌のＤＮＡは全部で４５０万塩基対です。

つまりヌクレオチドのペア(対)が４５０００００個

並んでいるのです。

　大腸菌のＤＮＡポリメラーゼは１秒で、ヌクレオチド

を１５００個合成できると問題にあります。

リーディング鎖に比べるとラギング鎖は遅いはずだ

などとここでは考えず、与えられた１５００個が

複製されると考えましょう。

　大腸菌のＤＮＡは環状で、１カ所の複製起点から

両方向へ複製が開始されます。

よって１秒間に１５００個×２＝３０００個複製される

ことになります。

　あとは割り算です。落ち着いて

４５０００００個÷３０００個＝４５００÷３

　　　　　　　　　　　　　　＝１５００秒

１５００秒を分に直すには、６０で割ります。

１５００÷６０＝１５０÷６＝２５分

【１８５】メセルソンとスタールの有名な実験です。

彼らはＤＮＡが半分ずつ分かれて複製されること

(これを半保存的複製といいます)を、あざやかに

証明しました。

問１　親は^１５Ｎ培地で育てたのでＤＮＡも^１５Ｎを

含む重いＤＮＡになります。

　１代目は^１４培地に移したので、半分が^１５Ｎで

新しく作あれる半分は^１４Ｎでできています。

つまり中間のＤＮＡになります。

　２代目は１代目を^１４Ｎ培地でさらに分裂させ

ました。図１でわかるように、中間のＤＮＡと

軽いＤＮＡが１：１の割合で生じます。

図２のグラフで、密度が大→重いということです。

２代目は中間ＤＮＡ：軽いＤＮＡ＝８本の生物１：１

なので、山の大きさが同じのｅが答えになります。

問２　３代目は２代目のＤＮＡを半分ずつに分け、

反対側に新しいＤＮＡを加えて図示しましょう。

　うまくＤＮＡの図を描くことができないので

１５ＮのＤＮＡを●、１４ＮのＤＮＡを○で表します。

つまり、重いＤＮＡは●●、中間ＤＮＡは●○、

　　　　軽いＤＮＡは○○　とします。すると

２代目　　 ●○　　　　 ○○　　　　○○　　　　○●　　

　　　　　／　＼　　　／　＼　　　／　＼　　　／　＼

３代目　●○　○○　○○　○○　○○　○○　○○　○●　

①    重いＤＮＡ：②中間ＤＮＡ：③軽いＤＮＡ

＝０：２：６＝０：１：３　　です

【１８７】問２　ｍＲＮＡの開始コドンは、

５‘→３’方向で　５‘「ＡＵＧ」３’　です。

それに対応するｔＲＮＡのアンチコドンは

３‘→５’方向で　３‘「ＵＡＣ」５’　です。

　ＤＮＡでもＲＮＡでも、対になるヌクレオチド鎖は

逆向きにくっつきます。

　この問題は、５‘→３’方向で答えよとなっています

から　５‘「ＣＡＵ」３’　が答えです。

問３　ｍＲＮＡの開始コドン「ＡＵＧ」は

　いつも「メチオニン」を指定します。

それに対応するｔＲＮＡも「メチオニン」

を運搬します。

【１８８】ＤＮＡに対応するｍＲＮＡの配列を

左から示すと

５‘ＡＵＧ、ＧＣＡ、ＵＡＣ、ＵＣＣ、ＡＵＣ、

１　　　　　　　　  ２

　　　　ＣＡＡ、ＣＡＣ、ＵＡＡ３’

    　　　　　３　　　　　　４５

です。

翻訳は左から進むとあるので、左が５‘末端です。

一番左端がＡＵＧなのでこれが開始コドンで、

「コドン表」を見ると「ﾒﾁｵﾆﾝ」指定です。

次のコドンＧＣＡは「ｱﾗﾆﾝ」指定です。

よって、アミノ酸は左から 

（ﾒﾁｵﾆﾝ）-ｱﾗﾆﾝ-ﾁﾛｼﾝ-ｾﾘﾝ-ｲｿﾛｲｼﾝ-ｸﾞﾙﾀﾐﾝ-ﾋｽﾁｼﾞﾝ-終止

です。

メチオニンはのちにはずれるとあるます。

また終止コドンには、アミノ酸はこないので、

ｱﾗﾆﾝ～ﾋｽﾁｼﾞﾝ　が答えです。

ものが答えです。

問２　合成されるポリペプチドのアミノ酸数が増加した

ことから、終止コドン「ＵＡＡ」が普通のコドンへ変化

したと考えます。

よって、選択肢エ、オのみ考えます。

（エ）ＤＮＡ「ＡＴＴ」→「ＡＣＴ」に置換すると

　　ｍＲＮＡ「ＵＡＡ」→「ＵＧＡ」になり、

　　　「ＵＧＡ」も終止コドンなので×

（オ）ＤＮＡ「ＡＴＴ」→「ＡＴＧ」に置換すると

　　ｍＲＮＡ「ＵＡＡ」→「ＵＡＣ」になり、

　　　「ＵＡＣ」はチロシンを指定します。

よって、翻訳は終止せず、さらに続きます。

正解は（オ）。

【１９０】問１　図１は大腸菌など原核生物の

ＤＮＡからタンパク質が合成される様子を示して

います。

　ａは大腸菌の「ＤＮＡの片方（アンチセンス鎖）」

です。

ｂはＲＮＡポリメラーゼで、

ｃは合成されたＲＮＡです。

ｃは左の方が長く、右側が短いので、右側から

転写が始まり、ｂのＲＮＡポリメラーゼは

（ｆ）右から左へ進むことがわかります。

　ｄはｍＲＮＡに結合する「リボソーム」です。

　ｅはリボソームから伸びる「ポリペプチド」です。

ｅポリペプチドが下が短く、上が長くなっているのは、

リボソームが（ｈ）下から上へ移動していることを示します。

問３　真核生物では、ＤＮＡからＲＮＡが作られた後、

核内でスプライシングが行われます。つまり、不要な

イントロンが除かれて、ｍＲＮＡが完成します。

　その後、ｍＲＮＡ破格外へ出てから、リボソームと

結合して翻訳が始まります。

　一方原核生物では、ＤＮＡから転写したＲＮＡに

即　リボソームが結合して翻訳が始まります。

問４　図２は真核生物のＤＮＡとｍＲＮＡを混ぜて

結合させた写真です。よってＤＮＡには、不要な部分

（イントロン）が含まれています。

一方、ｍＲＮＡはスプライシングによって、

イントロンが除かれているので短くなり、ＤＮＡの

不要部分が外へループ状に余っています。

生物選択者（３ＡＢＥＦＧＨ組）へ　

練習ﾌﾟﾘﾝﾄ⑦解説　「化学合成・窒素同化」

【ＳＴＥＰ１】１１～１５　全て大切

【例題２】植物の窒素同化と窒素固定細菌や

硝化菌などによる窒素循環は一緒に出題される

ことが多いです。それぞれ生物名と反応の結果

できる物質をしっかりと覚えましょう。

【１７３】Ｃ４植物は、昼間に羊肉細胞内で

ＣＯ２をオキサロ酢酸に変えて取り込み、

濃縮したＣＯ２を使って維管束鞘細胞で

カルビンベンソン回路を行う植物です。

トウモロコシやサトウキビなど熱帯地方が

原産の植物で、濃縮したＣＯ２によって

強い光を有効に使い光合成を活発に行います。

温暖化が進むなか生産力の効率がよい食物と

しても注目されています。

ＣＡＭ植物は乾燥化した砂漠等に生息する

サボテンやベンケイソウなどの植物のことで

湿度の高い夜に気孔を開き、ＣＯ２を

オキサロ酢酸→リンゴ酸に変えて液胞にためます。

昼間になるとリンゴ酸からＣＯ２を取り出し、

気孔は閉じた状態で光合成を行うことができます。

　それぞれの植物名と利点を理解しましょう。

【１７４】問４　櫻井が中学生の頃に教わった光合成は

６ＣＯ_２＋６Ｈ_２Ｏ＋光ｴﾈ→Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６＋６Ｏ_２

だったような気がします。そして

6ＣＯ_２＋12Ｈ_２Ｏ＋光ｴﾈ→Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６＋6Ｏ_２＋6Ｈ_２Ｏ

上の式を高校で習ったときに、「面倒くさい」と

思った記憶が…。

下の式になった理由は、ヒルとルーベンの実験によって

放出される6Ｏ_２が水に由来することが分かったからです。

水から6Ｏ_２をつくるためには、12Ｈ_２Ｏが必要なので

（６Ｈ_２ＯではOの数が足りません）改訂されました。

【１７５】亜硝酸菌と硝酸菌をあわせて

硝化細菌といいます。

二つの細菌により、

アンモニウムｲｵﾝ→亜硝酸ｲｵﾝ→硝酸ｲｵﾝ

NH_４→NO2^―→NO₃^－　　　

になりますが、この変化を「硝化」といいます。

硝化細菌は、自分達の「化学合成」のために

「硝化」によって化学ｴﾈﾙｷﾞｰを得ていますが、

彼らは、土壌中のｱﾝﾓﾆｳﾑｲｵﾝを科学的にも安定で

植物が肥料として利用しやすい硝酸ｲｵﾝを提供して

くれています。

土を栄養分豊かに変えて活躍する硝化細菌に

感謝。「土は生きている」

【１７６】反応式のみで拒絶反応を起こすあなた。

キーポイントさえ分かれば、丸暗記は不要です。

まず問題にはありませんが、この反応は

6ＣＯ_２＋12Ｈ_２Ｏ＋ｴﾈ→Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６＋6Ｏ_２＋6Ｈ_２Ｏ

「光合成」でもあり、「化学合成」でもあります。

つまり、ｴﾈﾙｷﾞｰに光か化学反応で生じる化学ｴﾈﾙｷﾞｰ

をつかうかが、違いで後は同じ反応なのです。

ですから、①②③⑤の生物はその反応によって

化学ｴﾈﾙｷﾞｰを得て、その後に上の反応を行っているのです。

全問でも出てきた「亜硝酸菌」「硝酸菌」の反応は

よく出るので亜硝酸ｲｵﾝ、硝酸ｲｵﾝを覚えて下さい。

NO₃^－が硝酸ｲｵﾝです。

問３は解説参照

【１７７】【１７８】いくつかの反応名と生物名を

しっかりと覚えて下さい。

「窒素固定」…空中のN2窒素分子をｱﾝﾓﾆｳﾑｲｵﾝNH4

　　　　　　　にかえる反応。

　　　　　　　根粒菌、ｱｿﾞﾄﾊﾞｸﾀｰ、ｸﾛｽﾄﾘｼﾞｳﾑ、ﾈﾝｼﾞｭﾓ

　　　　空中のN2を利用できる生物は限られており、

　　　　これらの生物の活躍は生物全体にとって重要。

「硝化」…土壌中のｱﾝﾓﾆｳﾑｲｵﾝを

NH4→NO2^―→NO₃^－

亜硝酸、硝酸ｲｵﾝに変える反応。

亜硝酸菌と硝酸菌　合わせて硝化細菌ともいう。

生物の腐敗や排出物中のｱﾝﾓﾆｳﾑｲｵﾝを硝酸ｲｵﾝ

に変えるが、彼らはこの反応によって

化学ｴﾈﾙｷﾞｰを得て化学合成をしている。

「植物の窒素同化」…植物が土壌中のｱﾝﾓﾆｳﾑｲｵﾝや

硝酸ｲｵﾝを根から吸収し、アミノ酸や

タンパク質を合成する反応。

「腐敗」…動植物の遺体や排出物中のタンパク質や

　　　　核酸等をアンモニウムイオンに分解する反応。

　　　　細菌や菌類が行う。

「脱窒」…土壌中のアンモニウムイオンをN2に変えて

　　　　空中に戻す反応

　　　　脱窒素細菌が行う。

これらを整理して覚えよう。Ｎ２のＮが循環する様子を

頭に浮かべることが大切。

生物選択者（３ＡＢＥＦＧＨ組）へ　

練習プリント⑥「光合成」　解説

【例題１】すべて基本事項なので、重要です。

２）反応式も植物には、水と二酸化炭素が必要で、

光合成では有機物（Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６）と酸素ができる

ことを覚えておきましょう。

【１６７】問１　クロロフィルａｂはどちらも

紫と赤の光を吸収するので、吸収スペクトルは

２つのピークをもちます。

よって、緑葉は紫や赤以外の光を吸収できず、

反射または透過させています。

反射光で最も多いのが緑色なので

植物の葉は緑なのです。

また、主色素のクロロフィルａの方が

より外側の光を吸収します。

カロテンはクロロフィルが吸収できない光

を吸収する補助色素です。

【１６８】問２　クロマトグラフィーのＲｆ値

＝原点から色素の中心までの距離Ｂ÷

原点から展開液の先端までの距離Ａ

＝Ｂ／Ａ

です。

今回、展開液の先端は１８ｃｍ上昇となってますから、

　色素ⅡのＲｆ＝0.96、　

Ａ＝18　を代入すると

0.96＝Ｂ／18　

両辺に18をかけて　　

Ｂ＝0.96×18＝17.28　です。

しっかりと式も書きましょう。

【１６９】問２　光合成のしくみを４つに分けると

①    〔光化学反応〕　クロロフィルａが光エネルギー

を吸収し、活性化する（ア）（ウ）

②    水の分解し、Ｏ_２を発生する。また

電子伝達系でＮＡＤＰＨ＋Ｈ^＋を合成する（イ）

③    〔光リン酸化〕　光エネルギーを使って

ＡＴＰを合成する（エ）

④    〔カルビン・ベンソン回路〕　

ＣＯ_２から有機物Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６合成する

①～③はチラコイドで行われ、

④はストロマで行われます。

問３　まず強い光のグラフのＸ部分を見ましょう。

光は強いので、光の量は充分に与えられています。

そしてＸでは、横軸の二酸化炭素濃度を上げると、

光合成速度が上がっています。

このことは、光は充分だが、二酸化炭素が不足

しており、二酸化炭素の量によって光合成の速度（量）

が決まっていることを示します。

二酸化炭素量が関係する反応はＢ反応（）ストロマ）

ですから、ＸのグラフはＢの反応が滞っている

と考えられます。

　このことを別の言い方で、Ｘでは

「二酸化炭素量が『限定要因』である」　ともいいます。

　『限定要因』とはその条件が不足しているために、

全体の反応が制限を受けていることを示します。

生物入試の人は知っておいてください。

　Ｙの部分は、二酸化炭素の量をいくら増やしても

光合成速度が上がっていません。

光が弱いために、Ａの反応（①から③までの反応）

が滞っていることが分かります。

光が弱いときは、「光の強さが『限定要因』である」　

といいます。

【１７０】まず、チラコイドの膜にある「ＡＴＰ合成酵素」

の向きを確認しておきましょう。

しゃもじのような、片方が丸い構造です。

　丸いのはたんぱく質でできたプロペラ部分です。

Ｈ^＋イオンは、必ずしゃもじの元（柄の部分）から

プロペラの方へ流れます。

よってこの問題では、

①    がチラコイド内、②がストロマで、

ＡＴＰ合成酵素内をＨ^＋イオンは①→②へ流れること

になります。

大切なのは、膜の方向のチェック。

これは【１５８】のミトコンドリアの問題でも同様です。

問１　最初に活性化するのは、光化学系Ⅱです。

光合成の反応は、光化学系Ⅱが水を分解し、

酸素を放出することからスタートします。

Ⅰとよく間違えるので、要注意です。

この時に電子ｅ^－が電子伝達系を伝わって、

光化学系Ⅱ→Ⅰへ流れ、そのエネルギーでＨ^＋が

ストロマ②→チラコイド内①へためられるのです。

　流れた電子ｅ^－は、光化学系Ⅰにおいて

NADP⁺とＨ^＋と結合してNADPHができます。

NADP⁺は「呼吸」ででてきた補酵素NAD^＋と

似た物質で、NADP⁺は「酸化型」です。

NADPHは水素がついていますから「還元型補酵素」

といいます。

問２　ワカメ、アオサなどの藻類は光合成を

　行う海藻です。

　ミドリムシは葉緑体をもち光合成を行う単細胞生物。

　コケ植物も光合成を行います。

【１７１】光合成のしくみに関する問題は、

【１７１】が初級編、【１７２】が中級編

【１７３】が上級編で、段々ハードルが上がります。

問１（ｉ）の「ルビスコ」という酵素は、

　カルビン・ベンソン回路で最初に活躍する酵素です。

　ＣＯ_２を取りこんでＲｕＢＰ（ﾘﾌﾞﾛｰｽﾋﾞｽﾘﾝ酸）に結合

　させて、２分子のＰＧＡを合成します。

　ＲｕＢＰは炭素が５個の物質（Ｃ５物質といいます）

ですが、ＣＯ_２が結合してＣ６物質になり、

それが一瞬で炭素Ｃ３個のＰＧＡ２分子にわかれます。

ルビスコは光合成を行う生物は全て持っている酵素

なので、地球上で最も多く存在するタンパク質と

言われています。

問２　カルビン・ベンソン回路を模式図で示すと、

下図のようになります。作図が下手で申し分けないです。

ＧＡＰはＰＧＡとＲｕＢＰの中間産物です。

受験の人は覚えて下さい。

　　光→→→→→→→→→→→ＮＡＤＰH

　　↓→→→→ＡＴＰ→→→→　　　↓

　　　　　　　　↓　　　　　↓　　↓
　　　　ＰＧＡ→→→ＧＡＰ→→→→→→ＲｕＢＰ

　　　　　↑　ｶﾙﾋﾞﾝﾍﾞﾝｿﾝ回路のつもり　↓
　　　　　←←←←←←←←←←←←←←←

　　　　　　　　　　　　↑　回路が丸くならずすみません

　　　　　　　　　　　　ＣＯ_２

赤線は光が必要な反応で、

青線は光は不要ですが、ＣＯ_２が必要な反応です。

光が当たるとＡＴＰとＮＡＤＰHが合成されて

PGA→ＧＡＰ→ＲｕＢＰの藩王が進みます。

また、ＲｕＢＰ→ＰＧＡの反応には光は

不要ですがＣＯ_２が必要です。

ⅰ）光照射が停止した場合は、赤線の反応が

止まるので、

ＰＧＡが増加し、ＲｕＢＰ（ｊ）が減少します。

ⅱ）ＣＯ_２を取り除いた場合は、青線の反応が

　止まるので、

　ＲｕＢＰが増加し、ＰＧＡが減少します。

【１７２】光を照射した時、光化学系Ⅱと光化学系Ⅰ

のクロロフィルがどう変化するか図示しました。

〔光化学系Ⅱでの反応〕　　　　　

　　　　　　　　　Ｈ_２Ｏの分解

　　　　　　　　　　↓ｅ^－

ｸﾛﾛﾌｨﾙ→→→→→→→→→→→活性化ｸﾛﾛﾌｨﾙ

　　ｅ^－なし(酸化状態)　　　　ｅ^―あり(還元状態)

　　　　　　　　　　　　　　　↓　　

〔光化学系Ⅰでの反応〕　　　　↓ｅ^－

ｸﾛﾛﾌｨﾙ→→→→→→→→→→→→→→→→活性化ｸﾛﾛﾌｨﾙ

　　ｅ^－なし(酸化状態)　　　　ｅ^―あり(還元状態)

　授業では省略しましたが、

クロロフィル(酸化状態)は光をあびると、

電子ｅ^－を受け取り活性化した状態になります。

この時、活性化クロロフィルは電子と結合した

状態なので化学的には還元状態です。

〔光化学系Ⅱ〕の活性化クロロフィルは、

電子ｅ^－を〔光化学系Ⅰ〕のクロロフィルに与えて、

元の酸化状態に戻ります。

問１　よって、

光化学系Ⅱのクロロフィルは、

　光を照射されると水の分解によって得た電子

　をもらい、還元型になる

光化学系Ⅰのクロロフィルは、

　光化学系Ⅱから放出された電子が、電子伝達系

　を流れてきた　ものを受け取り還元型になる

です。

問４　問題文③より

「１分子のＣＯ_２が炭素数５のRuBP　１分子と

結合して、炭素数３のPGAが２分子できる」

なので

１ＣＯ_２＋１RuBP→２PGA　　となります。

両辺を24倍して

　24ＣＯ_２＋24RuBP→48PGA　　①　

アRuBP＝24RuBP　だから　ア＝２４

　イPGA ＝48PGA　だから　イ＝４８

さらに問題文④より

「…で、PGAは炭素数３のGAPになる」

を読むと、

PGAもGAPも炭素数は同じ３なので

　48PGA＝48GAPですが。

さらに問題文④より

「GAPの一部は…炭水化物に変換され、残りは

…によってRuBPに再生される」

とあります。

つまり、48GAPのうち一部が炭水化物C6になり、

残りは24RuBP　に再生されて　①の反応にまた

使われることになります。

　回路反応では、このように回路内の物質が何回も

使い回されて回転します。

よって炭水化物C6の係数をXとすると、

下線部の反応は

48GAP(C3)→ｘC6＋24RuBP(C5)　ということです。

ここで　GAPはC3物質、RuBPはC5物質なので

炭素Cの数で式をつくると

　48×３＝X×6＋24×５

　144＝６X＋120

　６X＝24

　X＝４

なので　エC6＝４C6　だから　エ＝４　です。

問題の図では、ウGAP→４C6　

となっています。

GAPはC3物質なので、

　ウ＝８　でないと４C6は作れないことになります。

この問４は受験レベルなので、完全にマスター

できなくてもオーケーです。

３年「生物研究」選択者（３ＡＢ組の一部）の皆さんへ　

練習ﾌﾟﾘ②「遺伝・組換え」の解説　第３弾

【２２３】これも対立遺伝子をまずメモしましょう。

テストでもこれをしないとミスを起こします。

紫…Ａ　　　長…Ｂ

赤…ａ　　　丸…ｂ

次は家系図です。

Ｐ純系　〔ＡＢ〕×〔ａｂ〕

　　　ＡＡＢＢ　｜　ａａｂｂ

　Ｆ１　　　〔ＡａＢｂ〕

　　　　　　　ＡａＢｂ

　　　　　　　　｜

Ｆ２〔ＡＢ〕〔Ａｂ〕〔ａＢ〕〔ａｂ〕

　　　1528　  106   117   381

Ｆ１　ＡａＢｂ×ａａｂｂ（検定交雑）

　　　　　　　｜

子　〔ＡＢ〕〔Ａｂ〕〔ａＢ〕〔ａｂ〕

　　　1202　  148   156   1195

簡単でよいので、家系図もメモるくせを

つけましょう。

問１　検定交雑の数値を見て、約150→１

　にすると、1202、1195→約８

　こんなんでいいの？　いいのです。

∴ＡＢ：Ａｂ：ａＢ：ａｂ＝８：１：１：８

Ｆ２は枠組をつくって数値を掛け算します。

∴〔ＡＢ〕：〔Ａｂ〕：〔ａＢ〕：〔ａｂ〕

　＝160＋66：17：17：64

　＝244：17：17：64

問２　家系図のＰからも分かりますが、

　Ｐでは、Ａ－Ｂとａ－ｂが連鎖していた

　ことが分かります。あとは回答を見て下さい。

問３　問１から

組換え価＝２／１８×１００％

＝11.1％

＝１１％

【２２４】ＤｄＥｅＦｆＧｇ×ｄｄｅｅｆｆｇｇ

をやった結果、子は色々な子ができますが、

その中でいくつかの形質にだけ注目したのが

①    〔DE〕：〔De〕：〔dE〕：〔de〕＝1:1:1:1

②    〔DF〕：〔Df〕：〔dＦ〕：〔df〕＝9:1:1:9

③    〔DG〕：〔Dg〕：〔dG〕：〔dg〕＝39:1:1:39

④    〔FG〕：〔Fg〕：〔fG〕：〔fg〕＝7:1:1:7

問１　①の比は『独立』を示しています。

　D（ｄ）とE（ｅ）は別の染色体上にあり、

　連鎖していません。でも敢えて「組換え価」

　を求めれば、２／４×100＝50％です。

②～④は、もう分るでしょう。

問２　②～④の数値は全て、『連鎖』を示しました。

　つまり、②～④に登場したＤＦＧは『連鎖』しており、

　Ｅのみ別の染色体上にあります。

問３　「組換え価」の大きさは、遺伝子間の距離を

　示します。あとは答え参照。

【２２５】これも比較的簡単でしょう。

【２２６】【２２７】は６月の授業で解説しますので、今回は空欄で結構です！

３年「生物研究」選択者（３ＡＢ組の一部）の皆さんへ　

練習ﾌﾟﾘ②「遺伝・組換え」の解説　第２弾

【２２１】重要な計算問題が続きます。

しっかりと理解しながらやりましょう。

家系図は

Ｐ(純系)　ＡＡＢＢ×ａａｂｂ　

または　ＡＡｂｂ×ａａＢＢ　です。　

　　　　　　　　｜

Ｆ１　　　　ＡａＢｂ×ａａｂｂ(検定交雑)

　　　　　　　　　　｜

〔ＡＢ〕〔Ａｂ〕〔ａＢ〕〔ａｂ〕

　７　：　１　：　１　：　７　

となります。

文章題は必ず家系図も書いて、理解しましょう。

問２　両端の子が多いので、本来『連鎖』して

　いた遺伝子は、Ａ－Ｂ（ａ-ｂ）と判断します。

問３　検定交雑の比＝配偶子の比　なので

　表をつくり、枠内に数値を掛け算で記入します。

　配偶子の順序はいつもこの順序にします。

この表では、〇の大三角形が必ず〔ＡＢ〕になります。

あとは数値を足し算して

∴〔ＡＢ〕〔Ａｂ〕〔ａＢ〕〔ａｂ〕

　＝１００＋２８＋４９：１５：１５：４９

　＝１７７：１５：１５：４９

【２２２】難問です。まず対立遺伝子をメモします。

Ｆ１が全て「茶体・赤眼」になったので、

茶体、赤眼が優性です。だから大文字にします。

　茶体…Ａ　　　　　赤眼…Ｂ　

　黒体…ａ　　　　　紫眼…ｂ

ここで家系図を作ります。

家系図には表現型と遺伝子型も記入します。

Ｆ１が全て「茶・赤」になったので、Ｐは

純系（ホモ）と判断してよいです。

また、次に生まれた個体…とあるので、

Ｆ１同士を交雑してＦ２をつくっています。

漢字で書くと分かりづらいので表現型は

「茶・赤」→〔ＡＢ〕で表しましょう。

Ｐ　〔ＡＢ〕×〔ａｂ〕

　ＡＡＢＢ　｜　ａａｂｂ

Ｆ１　　　〔ＡＢ〕

　　　　　ＡａＢｂ

　　　　　　｜

Ｆ２〔ＡＢ〕〔Ａｂ〕〔ａＢ〕〔ａｂ〕

　　　６８８：６１：６４：１８７

ここから問題を解きます。

問１　Ｆ２が９：３：３：１でないこと

　からも判断できますが。問題文より

　Ｆ１の配偶子は

　ＡＢ：Ａｂ：ａＢ：ａｂ

　＝ｎ：１：１：ｎ　…①　か

　＝１：ｎ：ｎ：１　…②　です。

しかし、Ｆ２の〔ａｂ〕が187より、

①    と判断します。そして①を使って

Ｆ２の枠組をつくりましょう。

∴茶体・赤眼〔ＡＢ〕＝３ｎ^２＋４ｎ＋１

　茶体・紫眼〔Ａｂ〕＝２ｎ＋１

黒体・赤眼〔ａＢ〕＝２ｎ＋１

黒体・紫眼〔ａｂ〕＝ｎ^２

となります。

問３　Ｆ２の数値は実験での値ですから、

値にバラツキがあります。そこで

大雑把な比に直して使います。

「実験値」を本来はこのような「比」に

なるはずだ。と考えることはよくあるのです。

〔ＡＢ〕：〔Ａｂ〕：〔ａＢ〕：〔ａｂ〕

＝６８８：６１：６４：１８７

約６２を基本にすると、６２×１１、６２×３

と考えてよいでしょう。

＝１１：１：１：３　となりますか？

〔ＡＢ〕：〔Ａｂ〕：〔ａＢ〕：〔ａｂ〕

＝3n^２＋4n＋1：2n＋1：2n＋１：n²

＝１１：１：１：３　　ですから

〔ａＢ〕：〔ａｂ〕のみ使いましょう。

(２ｎ＋１)；ｎ^２＝１：３　外×外　内×内

（２ｎ＋１）×３＝ｎ^２

ｎ^２＋６ｎ＋３＝０

解の公式が「生物」で出るのは珍。

解の公式で計算しましょう

ｎ＝３＋２√３（√がうまく書けません）

　≒６．５　

問３　Ｆ１の配偶子は

　　ＡＢ：Ａｂ：ａＢ：ａｂ

　＝6.5：１：１：6.5　　なので

　組換え価＝　　　　１；１　　　×１００（％）

　　　　　　　6.5＋１＋１＋6.5

　　　　　＝２／１５×１００

　　　　　＝１３．３％

　　　　　＝１３％