Transcript 練習問題

①炭素原子１molの原子数と質量を答えなさい
②細胞質基質におけるK+ ,Na+, Ca2+の凡その濃度は各々、300mM, 10mM, 0.2mMである。
細胞質基質の容積を2plとして、各々のモル数と個数（イオン数）を計算しなさい
③電子レンジで使われているマイクロ波の振動数は2.45GHzである。その波長を計算しなさい。
④700nm（赤）の光子1モルのエネルギーは41kcalである。
波長λ(nm）の光子1モルのエネルギーをE (kcal)とするとき、λとEの関係式を求めなさい。
また、③2.45GHzのマイクロ波1モルのエネルギーを求めなさい。
⑤700nm（赤）のエネルギーは③のマイクロ波のエネルギーよりずっと強い（何倍か？）。
前者の光を水にあてても温まらないのは何故か？
⑥物質が光を吸収するとはどういうことか、基底状態・励起状態という用語を用いて説明しなさい
⑦次の式を計算しなさい。ただし、log は常用対数を表すものとする。
log2 + log5 =
log45 – log4.5 =
log100 + log1000 + log10000 =
log0.001 + log1000 =
2log2+ log25 =
⑧
水は何色か、またその理由について述べなさい
水の吸収スペクトル
ATP
Chl
①生物界には二種類の栄養形態がある。各々の名称と定義を述べなさい。
②みかけの光合成とは何か？
③補償点より弱い光で植物は生長できない。何故か。
④地球生態系の純一次生産量は年間約100PgCである。
このうち、海の生産者の寄与率（％）は凡そ幾らか、次から選びなさい。
0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90
⑤地球生態系の生産者の現存量は560PgCである。
このうち、海の生産者の割合（％）は凡そ幾らか、次から選びなさい。
0.01, 0.03, 0.06, 0.1, 0.3, 0.6, 1, 3, 6, 10, 30, 60
⑥地球生態系の生産者は平均すると何年でターンオーバーするか（自己更新するか）、④と⑤の
数値を用いて計算しなさい。同じく、陸の生産者のターンオーバー年数と海の生産者のターン
オーバー日数を計算しなさい。
①下図の年表を覚えなさい
②大気酸素濃度の上昇に寄与した生命活動を行った細菌は何か。
③大気酸素濃度の上昇により可能になった生命活動を二つ述べなさい。
④大気酸素濃度の原料は何か。また、そのエネルギー源は何か。
⑤
ECBより
①生体の主要構成元素はCHONPSの六つである。これを、ある特性の高い順に並べると
O N > CS > PH となる。その特性とは何か。
②極性分子の定義を述べなさい。
③水は極性分子である。上記①の特性を用いて、水が極性分子となる理由を説明しなさい。
④水分子どうしの水素結合について説明しなさい。
⑤油は水に溶けない。その仕組みについて説明しなさい。
⑥蛋白質の二次構造や核酸塩基の相補的結合に働く化学結合は何か
⑦AT結合とGC結合はどちらが強いか、またその理由は何か
⑧同じく、熱によってどちらの結合が速く壊れるか、またその理由は何か
⑨非酵素的なAT結合やGC結合の精度はおよそ何％か
⑩蛋白質は加熱によって変性する。それはなぜか。
また、100ﾟCに加熱しても一次構造が壊れることはないのは何故か
⑪下図の蛋白質では、α-ヘリックスどうしが巻きついて、よりあわせコイルを作っている。
赤色で示した部分にはどのような性質のアミノ酸が配置しているか。また、よりあわせコイルを
作るときに働く力は何か。
人工脂質二重層に対する透過性は、上段の
物質から下段の物質の順に低くなる。それ
ぞれの物理的特性を述べなさい
下図は、蛋白質が折りたたまれる様子をあらわしている。A～Eに適当な語句を記入しなさい
A
B
C
E
D
下図の各矢印は次のどのエネルギーに対応しているか、答えなさい。
緑色光、共有結合、非共有結合、ATPの加水分解、熱運動、グルコース
下図では、原子から最長の樹木までの大きさを表している。線を引いた部分に適当な語句を記入
しなさい
Adapted from Fig. 4.2 (Life The Science of
①真核生物と原核生物を分ける基準は何か。その他、互いに異なる性質について述べなさい
②細胞質のリボソームでは、遊離リボソームと粗面小胞体のリボソームでそれぞれどのような
蛋白質を合成しているか
③粗面小胞体と滑面小胞体に共通する機能は何か
④ゴルジ装置はどのような機能をもつか
⑤細胞内区画への蛋白質局在化の仕組みについて、概略を述べなさい
⑥小胞体を一時的に完全に欠落させた細胞があったとし、また、小胞体蛋白質をコードする遺伝
子を全て備えていたとする。この細胞に小胞体を再生することができないのは何故か。
⑦ミトコンドリア内には400-500種類の蛋白質がある。このうち、ミトコンドリアのゲノムでコー
ドされるものは凡そ何％か、次から選びなさい。
0-1, 1-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 70-80, 80-90, 90-100
⑧葉緑体内2000-4000種類の蛋白質がある。このうち、葉緑体のゲノムでコードされるものは凡そ
何％か、次から選びなさい。
0-1, 1-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 70-80, 80-90, 90-100
⑨細胞吸収 endocytosis と細胞分泌 exocytosis について述べなさい
⑩進化的系統を基準にしたとき生命界は三つに分類される。それぞれ何か。
⑪動物と植物の間の進化的類猿度と、大腸菌とメタン生成菌の間の進化的類猿度はどちらが大き
いか
⑫大腸菌とユーグレナ（ミドリムシ）の間の進化的類猿度と動物と植物の間の進化的類猿度はど
ちらが大きいか
⑬ミトコンドリアの起源についての細胞内共生説について説明しなさい
⑭葉緑体の起源についての細胞内共生説について説明しなさい。一次共生と二次共生の違いにつ
いても触れること
⑮細胞膜の厚さは凡そどれくらいか
問題１： ヒトは一日に約2000kcalを消費する。このうち約
80％が熱となる。この熱がすべて体内に蓄積すると、体温は一
日に何度上がるか？体重を50kg、人体の比熱を1とする。
解答： 1kcalは、比熱1の物質1kgを1℃上昇させる熱量である。
したがって、一日の体温上昇＝2000×0.8÷50＝32度
問題２： 同様に、熱がすべて体外に放散されるとし、５m四方、
高さ２mの部屋に閉じ込められた場合の、一日あたりの気温上昇
はいくらか？空気の比熱を０.２４、空気１m3あたりの質量を
1.2kgとし、部屋は完全に断熱されているとする。
解答： この部屋の空気の質量＝(5×5×2)×1.2＝60kg。
空気60kgを1℃上げるための熱量＝60×0.24＝14.4kcal
したがって、一日の気温上昇＝2000×0.8÷14.4＝111度
下図で左右どちらがエントロピーが大きいか。左の状態に保つために、何が必要か。
人体の安静時の仕事率はおよそどれくらいか。
①エネルギーのうち、仕事に転換しうる部分の最大値を特に何というか
②エントロピーを乱雑度と表現すれば、自由エネルギーや負のエントロピーをなんと表現できる
か
③宇宙のエントロピー（乱雑度）は増大する。この第二法則のもとで、生命の秩序をつくること
はどのようにして可能なのか。
④放っておくと、熱はどの向きに移動するか
⑤下式の反応で、平衡濃度を(A)0, (B)0とするとき、平衡定数Keqを表しなさい
⑥下式の反応で、平衡からの乖離度を常用対数で表現しなさい
⑦平衡から乖離するほど、それに比例して、『平衡に向かう復元力』は高まる。これが、反応の
自由エネルギー変化ΔGである。比例定数を1/1.36とするとき、平衡からの乖離度（⑥）とΔGの
関係を表しなさい。
答：log[(B)/(A)]-log[(B)0/(A)0]=ΔG/1.36
⑧標準自由エネルギー変化をΔG0として、上式（⑦）を書き換えなさい。
答：ΔG0は、AとBが等濃度で存在するときのΔGであるから、-log[(B)0/(A)0]=ΔG0/1.36
したがって、log[(B)/(A)]+ΔG0/1/36=ΔG/1.36
つまり、ΔG= ΔG0 + 1.36log[(B)/(A)] (kcal/mol)
なお、1.36は反応温度が25℃の場合であり、反応温度が37℃の場合には1.42を使う
⑨下式の反応はΔG0 = +1.36 (kcal/mol) であるとする。この反応が起こりうるための条件を求
めなさい。ただし、反応温度は25℃とする。
答：ΔG < 0 となればよい。
したがって、1.36 + 1.36log[(B)/(A)] < 0 より、log[(B)/(A)] < -1
つまり、(B)/(A) < 0.1 （ＡがＢの10倍よりも濃度が高いとき）
⑩同じようにして、ΔG0 = +13.6 (kcal/mol) のときはどうか。
答：この反応が起りうる条件は、log[(B)/(A)] < -10 で与えられる。
したがって、(B)/(A) < 10-10 （ＡがＢの100億倍より濃度が高いとき）
Ａ
Ｂ
下図のA～Cに適当な語句を記入しなさい
A
生命の秩序：不安定な平衡点
雪の結晶：安定な平衡点
B
自
由
エ
C
ネ
ル
ギ
ー
の
レ
ベ
ル
（
準
位
）
①ΔＧ < 0 は、その反応が起こりうるための必要条件であるが十分条件ではない、何故か。
②酵素は、反応速度をどの程度高めるか、次から選びなさい。
10倍～50倍、50倍～100倍、100倍～500倍、500倍～1000倍、
千倍～５千倍、５千倍～１万倍、１万倍～5万倍、5万倍～10万倍、10万倍～50万倍、
50万倍以上
③酵素の典型的な分子活性はどの程度か
④生命の秩序は、反応共役によって成り立っている。これについて説明しなさい。
⑤律速段階とは何か、説明しなさい。
⑥ホスホフルクトキナーゼ(PFK)による反応共役を図示しなさい。
⑦パスツール効果の仕組みについて説明しなさい。
⑧知っている個別の蛋白質（例えばヘモグロビン）を列挙し、その作用を簡潔に述べなさい。
⑨原核生物は凡そ何種類の蛋白質を持っているか。次から選びなさい。
5-50, 50-500, 500-5000, 5000-50000, 50000-500000, 5000000⑩真核生物は凡そ何種類の蛋白質を持っているか、次から選びなさい
60-300, 300-1500, 1500-6000, 6000-30000, 30000-60000, 60000-100000, 100000⑪生体膜には大きく分けて二種類の輸送タンパク質が埋め込まれている。各々について説明しな
さい。また、生体膜に選択的透過性を与えているのはどちらか答えなさい。
⑫溶質Xの電気化学的ポテンシャル勾配⊿GX (kcal/mol) は次式で与えられる（温度は25ﾟC）。但
し、ｚは溶質の価数、Vは膜電位（ｍV)を表す。
⊿GX外⇒内＝⊿G膜電位＋⊿GX濃度勾配＝0.023zV ＋ 1.36 log[(X)in/(X)out]
今、膜電位を-70mVとし、細胞内K+濃度が外液の100倍高いとき、K+の⊿GK外⇒内を計算し、K+の駆動
力がどちら向きであるか答えなさい。また、10倍のときはどうか。
答：100倍のとき⊿G = 0.023×(+1)×(-70) + 1.36×2 = -1.61 + 2.72 = +1.11 （駆動力は外向
き）
10倍のとき⊿G = -1.61 + 1.36×1 = -0.25 （駆動力は内向き）
⑬同じく、膜電位を-120ｍVとして答えなさい。
答：100倍のとき⊿G = -2.76 + 2.72 = -0.04 （ほぼ平衡、やや内向き）
①溶質Xの電気化学的ポテンシャル勾配⊿GX (kcal/mol) は次式で与えられる（温度は25ﾟC）。但
し、ｚは溶質の価数、Vは膜電位（ｍV)を表す。
⊿GX外⇒内＝⊿G膜電位＋⊿GX濃度勾配＝0.023zV ＋ 1.36 log[(X)in/(X)out]
これを用い、イオンXの平衡電位（⊿GXeqと表すこと）を表す式を求めなさい。
答：イオンXの平衡電位とは、イオンXの正味の輸送がゼロになるときの膜電位である。つまり、
上式で⊿GX外⇒内 = 0 のときの⊿G膜電位 = ⊿GXeq
したがって、⊿GXeq = -1.36/(0.023z)×log[(X)in/(X)out] = -1/z×59log[(X)in/(X)out]
②細胞内含有量に比べほんの僅か（数万分の一程度）のK+やNa+が出入りすることで膜電位は100ｍ
Vも変化する。したがって、細胞における膜電位変化においては、K+やNa+の濃度変化は実質的には
ゼロである。このことを踏まえ、イカ神経細胞におけるK+の平衡電位とNa+の平衡電位を計算しな
さい。但し、log2=0.30, log3=0.48とする。
答：⊿GKeq = -59log20 = -59×1.3 = -77 mV
⊿GNaeq = -59log(50/450) = +59log9 = 59×2×0.48 = +57 mV
③同じようにして、哺乳類のニューロンの場合について計算しなさい。
答：⊿GKeq = -59log3 = -28 mV
⊿GNaeq = +59log5 = +59× (1-log2) = +41 mV
但し、実際には哺乳類の場合37ﾟCなので、⊿GXeq = -1/z×61log[(X)in/(X)out]を用いるため
各々、約1.04倍となる。
450
50
30
150
①受動輸送と能動輸送を定義しなさい（キーワード：電気化学ポテンシャル勾配）
②イオンチャネルは能動輸送の機能をもたない。その理由を、イオンチャネルの作用機構から説
明しなさい。
答：イオンチャネルは、イオンを拡散させる親水性の小孔を開閉するかたちでイオン輸送を行う
ため、イオン輸送の向きを決めることはできない。つまり、イオンチャネルを通しては、該当の
イオンの電気化学ポテンシャルのみがイオン輸送の向きを決める。
③静止時および興奮時にNaポンプを駆動するのに必要な自由エネルギーを計算しなさい。
ただし、K+の内外濃度は各々150mM, 5 mM、Na+の内外濃度は各々10mM, 150mMとする。
また、静止電位を-60mV、活動電位を+40mVとする。log2=0.30, log3=0.48とする。
溶質Xの電気化学的ポテンシャル勾配⊿GX (kcal/mol) は次式で与えられる（温度は25ﾟC）。
但し、ｚは溶質の価数、Vは膜電位（ｍV)を表す。
⊿GX外⇒内＝⊿G膜電位＋⊿GX濃度勾配＝0.023zV ＋ 1.36 log[(X)in/(X)out]
答：
静止時
ΔGK = -0.023×60 + 1.36log30 = -1.38 + 1.36(1+log3) = 0.63
ΔGNa = -0.023×60 - 1.36log15 = -1.38 – 1.36(1+log3-log2) = -2.98
∴ Kが2mol内向きに、Naが3mol外向きに流れるときのΔG = 2×0.63 + 3×2.98 = 10.2kcal
興奮時
ΔGK = 0.023×40 + 1.36log30 = 0.92 + 1.36(1+log3) = 2.93
ΔGNa = 0.023×40 - 1.36log15 = 0.92 – 1.36(1+log3-log2) = -0.68
∴ Kが2mol内向きに、Naが3mol外向きに流れるときのΔG = 2×2.93 + 3×0.68 = 8.0kcal
したがって、どちらの場合にも、ATP 1mol の加水分解の自由エネルギー 12-13 kcal で賄える。
④ナトリウムポンプは細胞にとってどのような働きをしているか
⑤同様に、カルシウムポンプはどうか
⑥呼吸鎖におけるATP生産のメカニズムについて説明しなさい。
⑦光合成的電子伝達におけるATP生産のメカニズムについて説明しなさい。
①受動輸送と能動輸送を定義しなさい（キーワード：電気化学ポテンシャル勾配）
②イオンチャネルは能動輸送の機能をもたない。その理由を、イオンチャネルの作用機構から説
明しなさい。
答：イオンチャネルは、イオンを拡散させる親水性の小孔を開閉するかたちでイオン輸送を行う
ため、イオン輸送の向きを決めることはできない。つまり、イオンチャネルを通しては、該当の
イオンの電気化学ポテンシャルのみがイオン輸送の向きを決める。
③静止時および興奮時にNaポンプを駆動するのに必要な自由エネルギーを計算しなさい。
ただし、K+の内外濃度は各々150mM, 5 mM、Na+の内外濃度は各々10mM, 150mMとする。
また、静止電位を-60mV、活動電位を+40mVとする。log2=0.30, log3=0.48とする。
溶質Xの電気化学的ポテンシャル勾配⊿GX (kcal/mol) は次式で与えられる（温度は25ﾟC）。
但し、ｚは溶質の価数、Vは膜電位（ｍV)を表す。
⊿GX外⇒内＝⊿G膜電位＋⊿GX濃度勾配＝0.023zV ＋ 1.36 log[(X)in/(X)out]
答：
静止時
ΔGK = -0.023×60 + 1.36log30 = -1.38 + 1.36(1+log3) = 0.63
ΔGNa = -0.023×60 - 1.36log15 = -1.38 – 1.36(1+log3-log2) = -2.98
∴ Kが2mol内向きに、Naが3mol外向きに流れるときのΔG = 2×0.63 + 3×2.98 = 10.2kcal
興奮時
ΔGK = 0.023×40 + 1.36log30 = 0.92 + 1.36(1+log3) = 2.93
ΔGNa = 0.023×40 - 1.36log15 = 0.92 – 1.36(1+log3-log2) = -0.68
∴ Kが2mol内向きに、Naが3mol外向きに流れるときのΔG = 2×2.93 + 3×0.68 = 8.0kcal
したがって、どちらの場合にも、ATP 1mol の加水分解の自由エネルギー 12-13 kcal で賄える。
④ナトリウムポンプは細胞にとってどのような働きをしているか
⑤同様に、カルシウムポンプはどうか
⑥呼吸鎖におけるATP生産のメカニズムについて説明しなさい。
⑦光合成的電子伝達におけるATP生産のメカニズムについて説明しなさい。
下図は細胞におけるATP生産の模式図である。左右各々の1-3に関与する反応過程を述べなさい
1．光化学系Ⅰ＆II
1．クエン酸回路
2．光合成的電子伝達系
2．呼吸鎖
3．ATP合成酵素
3．ATP合成酵素
呼吸基質
光
励起Chl
NADH
⊿ＧH
⊿ＧH
ATP
１
ATP
1
2
3
2
3