SOILーSHOP生物教材製作所 / 自習室

高校生物の予習&復習&自習

【103】半保存的複製

メセルソン&スタール

DNAが複製される際に、二重鎖が一本鎖2本に解離し、それぞれを鋳型鎖として相補的な新生鎖が新たに複製されるしくみを〈半保存的複製〉という。

DNAの半保存的複製は、二重らせん構造を発表したワトソン&クリック(1953年)によってすでに予想されていたけれど、その予想(仮説)の正誤を実験で確かめた(検証)したのはメセルソン&スタール(1957年)だった。

DNA(デオキシリボ核酸)の分子には、C(炭素)、H(水素)、O(酸素)、P(リン)、N(窒素)の5種類の元素が含まれている。

14N(窒素)の原子量はふつう14(6×1023個の窒素原子を集めると約14gになる)だけれど、やや重い原子量15N(窒素の同位体)が存在する。

大腸菌をこの15Nを含む培地で培養することで、ふつうよりやや重いDNA(二重鎖の両側に15Nを含む)をもった大腸菌が手に入る。

この大腸菌をふつうの14Nを含む培地に移し、大腸菌が分裂するたび(約30分!)に、大腸菌の一部を塩化セシウム水溶液(ややとろみがある)に移して〈密度勾配遠心分離〉にかける。

もし、DNAが半保存的複製を行うなら、分裂前のDNA(15N&15N)が最も重く、1回目の分裂後のDNA(15N&14N)は中程度の重さで、2回目の分裂後にはじめて得られるDNA(14N&14N)は最も軽くなるはず。

二重らせん構造&半保存的複製

メセルソン&スタールの実験結果は仮説から期待される通りで、最も重いDNA(15N&15N):中程度の重さの(15N&14N)、最も軽いDNA(14N&14N)の比率は、1回目の分裂後に0:1:0、2回目の分裂後に0:1:1、3回目の分裂後に0:1:3・・・となった。

【補足】

  • 半保存的複製(DNAが複製される際に、もとの二重鎖が一本鎖2本に解離し、それぞれを鋳型鎖として相補的な新生鎖が新たに複製されるしくみ。)
  • 原子量(ある原子を6×1023個(アボガドロ定数=1mol)だけ集めると、おおよそ、その原子の原子量に相当する重さ〔g〕になる。)
  • 分子量(ある分子を6×1023個(アボガドロ定数=1mol)だけ集めると、おおよそ、その分子の分子量に相当する重さ〔g〕になる。)
  • 密度勾配遠心分離(塩化セシウム水溶液(ややとろみがある)と混合して遠心分離することで、混合したDNA分子を、密度ごとに分離できる。)
  • 細胞分画法(細胞を冷却しながらホモジェナイザーで破砕し、破砕した残骸を遠心分離器で分離する。遠心分離器の回転速度を上げるたびに沈殿物を回収すれば、様々な細胞小器官を、大きさごとに分けること(分画)ができる。)

【参考資料】

  • 吉里勝利(2018).『改訂 高等学校 生物基礎』.第一学習社
  • 浅島 誠(2019).『改訂 生物基礎』.東京書籍
  • 吉里勝利(2018).『スクエア最新図説生物neo』.第一学習社
  • 浜島書店編集部(2018).『ニューステージ新生物図表』.浜島書店
  • 大森徹(2014).『大学入試の得点源 生物[要点]』.文英堂

【102】ミクロメーター

光学顕微鏡で試料(タマネギの表皮細胞とか、ゾウリムシとか、オオカナダモ葉緑体とか・・・)の大きさを測る際には、接眼ミクロメーターの目盛りを使う。ただし、接眼ミクロメーターは接眼レンズの内部にセットされているため、顕微鏡のレボルバーを回して対物レンズを交換すると、接眼ミクロメーターの1目盛りが意味する幅は変わってしまう。

接眼ミクロメーター&赤血球

そこで、まず接眼ミクロメーターで対物ミクロメーター(1目盛=10μm)を観察し、対物レンズの倍率ごとに接眼ミクロメーターの1目盛の意味する長さを計算しておく。

接眼ミクロメーター(黒)&対物ミクロメーター(青)

接眼ミクロメーターの1目盛の幅の求め方

対物レンズの倍率が大きくなると、接眼ミクロメーターの1目盛の“見た目”は変わらず、接眼ミクロメーターの1目盛の“意味する幅”が小さくなる。

例えば、倍率を4倍大きくすれば、試料の見た目は4倍になり、接眼ミクロメーターの1目盛の“意味する幅”は4分の1になる。

対物レンズの倍率(青)&接眼ミクロメーターの1目盛の意味する幅(赤)

ミクロメーターを使いはじめて誰でも考えそうなことは「1目盛の幅が決まっている(倍率ごとに計算する必要のない)対物ミクロメーターの上に、試料を直接のせて観察すれば、計算の手間が省けるのでは?」という発想。

接眼ミクロメーター(黒)&対物ミクロメーター(青)&赤血球(赤)

実際にやってみると、対物ミクロメーターの目盛りと、その上にのせた試料の両方に、同時に焦点を合わせることはできない。これは低倍率の肉眼よりも、高倍率の顕微鏡の方が、焦点深度(焦点が合う深さ)が狭いことによる。

【補足】

  • 接眼ミクロメーター(接眼レンズの内部にセットして使う。円盤状の透明板の中央に目盛りが刻まれている。1目盛りが意味する幅は、対物レンズの倍率によって変化する。)
  • 対物ミクロメーター(ステージの上にセットして使う。スライドガラス上の透明板の中央に目盛りが刻まれている。1目盛りの幅は普通10μm。)
  • 焦点深度(焦点が合う深さ。倍率が高いほど焦点深度は浅くなり、繊細なピント調節が必要になる。)

【参考資料】

  • 吉里勝利(2018).『改訂 高等学校 生物基礎』.第一学習社
  • 浅島 誠(2019).『改訂 生物基礎』.東京書籍
  • 吉里勝利(2018).『スクエア最新図説生物neo』.第一学習社
  • 浜島書店編集部(2018).『ニューステージ新生物図表』.浜島書店
  • 大森徹(2014).『大学入試の得点源 生物[要点]』.文英堂

【101】日長と花芽形成

植物にとって“繁殖”への準備開始を意味する“花芽形成”は超重要イベントである。“花芽形成”の指標として日長(あるいは連続暗期の長さ)を利用することで、同じ地域に生息する同種個体の繁殖時期を揃えることができる。

日長と花芽形成(短日植物)

日長と花芽形成(短日植物)

植物にとって“花芽形成”は繁殖準備の開始を意味するので、“花芽形成”より前は栄養成長(茎の成長&葉の展開)をひたすら続けることになる。

長日植物&短日植物

“明期の長さ”と花芽形成までの日数

“暗期の長さ”と花芽形成までの日数

多くの短日植物や長日植物では、日長(連続明期の長さ)ではなく、連続暗期の長さが一定の長さ(限界暗期)を越えるかどうかが花芽形成の指標になっている。

植物によって連続暗期の長さの基準(限界暗期)は異なるため、長日植物どうし、短日植物どうしでも、花芽形成の時期は互いに異なる。

光中断の“開始時刻”と連続暗期の関係

【補足】

  • 光周性(日長などの光条件に伴って見られる、生物の反応の周期性。)
  • 日長(1日の中の昼間の長さ。太陽の一部が地平線上に見え始めてから、太陽の全体が地平線下に隠れるまでの時間。)
  • 長日植物(日長が長くなって、連続暗期が限界暗期より短くなると花芽を形成する。春に開花するダイコン、キャベツなどのアブラナ科の植物や、コムギなど。夏期の短い高緯度に生息する植物に多い。)
  • 短日植物(日長が短くなって、連続暗期が限界暗期より長くなると花芽を形成する。秋に開花するダイズ、アサガオ、コスモス、オナモミ、イネなど。)
  • 光中断(短時間の光照射で、植物の連続暗期を中断すること。特に、短日植物における赤色光での光中断は、FR型フィトクロムを増やして花芽形成を阻害する。)
  • フィトクロム(赤色光を受容するR型と、遠赤色光を受容するFR型が可逆的に変化する。FR型フィトクロムは、花芽形成に関わる遺伝子の発現を抑制する。)

【参考資料】

  • 吉里勝利(2018).『改訂 高等学校 生物基礎』.第一学習社
  • 浅島 誠(2019).『改訂 生物基礎』.東京書籍
  • 吉里勝利(2018).『スクエア最新図説生物neo』.第一学習社
  • 浜島書店編集部(2018).『ニューステージ新生物図表』.浜島書店
  • 大森徹(2014).『大学入試の得点源 生物[要点]』.文英堂

【100】脳の進化

ヒトの脳
脳の進化

脊椎動物(脊索動物)の神経系は、神経管が枝分かれしてできる。神経管の前端が膨らんで”脳”になり、さらに”脳”が複雑に折りたたまれて、大脳、中脳、小脳、間脳、延髄に分化する。

動物の系統&脳

動物の系統ごとに、生活スタイルに応じた脳が発達・進化してきた。水中を泳ぎ回る魚類や、空を飛ぶ鳥類では、前後左右に加えて上下方向の移動や、旋回などの動きをするため、姿勢保持に関わる中脳や、平衡感覚に関わる小脳が大きく発達している。一方、視覚や聴覚の中枢である感覚野や、随意運動の中枢である運動野、意思や言語などの精神活動の中枢である連合野など、大脳新皮質を大きく発達させてきたヒトには、知識・技能、思考力・判断力、主体的で対話的に深く学ぶ力が求められている。

脳&脊髄

動物の系統によって脳の構造は多様に進化してきたものの、脳や脊髄の中心には、それぞれ空洞(脳室や中心管)があり、神経管の名残をとどめている。

原腸陥入&胚葉の分化
カエルの発生

脊椎動物の管状神経系は、胚発生の過程で背側外胚葉が筒状に陥入した”神経管”から作られる。神経管の頭側はふくらんで脳に、尾側は伸長して脊髄に分化する。ヒトの場合、脳からは12対、脊髄からは31対の末梢神経(体性神経&自律神経)が枝分かれして、中枢神経と様々な器官の間で興奮を伝えている。

自律神経系
神経系

【補足】

  • 集中神経系(脊椎動物節足動物などの神経系には、多数のニューロンが集合した脳や脊髄などの中枢神経がある。)
  • 散在神経系(サンゴやクラゲなどの神経系には、中枢神経がない。)
  • 管状神経系(神経管が枝分かれしてつくられる。神経管の名残で、脳や脊髄などの中枢神経の内部には腔所がある。)
  • 神経管(脊椎動物では、神経胚期に神経胚期に背側外胚葉は筒状に陥入して作られ、前端が膨らんで脳に、後半が長く伸長して脊髄に分化する。)

【参考資料】

  • 吉里勝利(2018).『改訂 高等学校 生物基礎』.第一学習社
  • 浅島 誠(2019).『改訂 生物基礎』.東京書籍
  • 吉里勝利(2018).『スクエア最新図説生物neo』.第一学習社
  • 浜島書店編集部(2018).『ニューステージ新生物図表』.浜島書店
  • 大森徹(2014).『大学入試の得点源 生物[要点]』.文英堂

【99】膝蓋腱反射

膝蓋腱反射

床に足が付かないように腰掛け、膝関節が自由に動く状態で膝の下をたたくと、無意識に膝から下が跳ね上がる。これは、①膝下をたたかれることで、②膝関節を伸ばす伸筋が伸ばされたことを筋紡錘(感覚器)が刺激として受容し、③感覚神経を介して脊髄に興奮が伝わり、大脳を介さずに(無意識のうちに)、④運動神経を介して膝関節を伸ばす伸筋と、膝関節を曲げる屈筋に興奮が伝わり、⑤伸筋は興奮して収縮し、屈筋は抑制されて弛緩することで、⑥膝関節が伸びることによる。

反射弓

細胞内のATPが不足すると、神経の伝導や筋肉の興奮が円滑に進まなくなり、膝蓋腱反射が起こりにくくなる。ビタミンB1チアミン)は脱水素酵素補酵素として、細胞内の呼吸(糖を分解してATPを合成する反応)に関わっており、脚気ビタミンB1欠乏症)では、呼吸によるATP合成が滞り、膝蓋腱反射が起こりにくくなる。

日常生活では膝蓋腱反射のおかげで、体が後に倒れそうになると膝蓋腱が引き延ばされて瞬間的に膝関節が伸びることで、無意識に直立姿勢を保つことが出来る。

【補足】

  • 中枢神経系(大脳、中脳、小脳、間脳、延髄、脊髄からなり、多数の介在ニューロンシナプスを介して興奮を伝達することで、複雑なネットワークを形成している。)
  • 脊髄(中枢神経の一部で、脊椎骨に囲まれている。屈筋反射や膝蓋腱反射などの中枢になる。)
  • 靱帯(骨と骨を結ぶ結合組織。大腿骨と脛骨を結ぶ内側側副靱帯、大腿骨と腓骨を結ぶ側副靱帯など。)
  • 腱(筋肉と骨を結ぶ結合組織。下腿三頭筋と踵骨を結ぶアキレス腱や、大腿直筋と脛骨を結ぶ膝蓋腱など。)
  • 反射弓(感覚神経から、脳を介さずに運動神経に興奮が伝わる経路。)
  • 伸筋(関節を伸ばすときに収縮し、関節を曲げるときには弛緩する筋肉。膝関節では、外側広筋、大腿直筋、内側広筋など。)
  • 屈筋(関節を伸ばすときには弛緩し、関節を曲げるときに収縮する筋肉。膝関節では、大腿二頭筋、半腱様筋、半膜様筋、腓腹筋など。)

【参考資料】

  • 吉里勝利(2018).『改訂 高等学校 生物基礎』.第一学習社
  • 浅島 誠(2019).『改訂 生物基礎』.東京書籍
  • 吉里勝利(2018).『スクエア最新図説生物neo』.第一学習社
  • 浜島書店編集部(2018).『ニューステージ新生物図表』.浜島書店
  • 大森徹(2014).『大学入試の得点源 生物[要点]』.文英堂

【98】気孔の開閉

孔辺細胞のフォトトロピン(光受容体)が青色光を受容すると、細胞内のK+濃度が上昇して細胞内の浸透圧が増加し、孔辺細胞が吸水して気孔が開く。一方、乾燥などでアブシシン酸(植物ホルモン)が増加すると、細胞内のK+濃度が低下して細胞内の浸透圧が減少し、孔辺細胞が脱水して気孔が閉じる。

孔辺細胞と気孔

アブシシン酸vsフォトトロピン

孔辺細胞の細胞壁は気孔側が厚くて伸び難いため、孔辺細胞が吸水すると湾曲し、向かい合う孔辺細胞の間に“気孔”が開く。

孔辺細胞と浸透圧&膨圧

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原形質分離

限界原形質分離

浸透圧vs膨圧

吸水力(実際に細胞に水が移動する力)

細胞の体積と浸透圧の変化



【補足】

  • 全透膜(細胞壁は”ザル”)
  • 半透膜(細胞膜やセロハン膜など、高分子は通し&低分子は通さない膜)
  • 浸透圧(ある溶液が水を”引き込む”力。様々な溶質を含んだ溶液の全体的な”濃さ”を表している。)
  • 高張液(浸透圧の高い溶液)
  • 等張液(浸透圧が等しい溶液)
  • 低張液(浸透圧の低い溶液)
  • 原形質分離(細胞が脱水して”縮む”ことで細胞膜が細胞壁から離れてしまう現象)
  • 限界原形質分離(細胞膜が細胞壁から離れる寸前の状態)
  • 生理食塩水(ヒトの細胞と等張の約0.9%食塩水)
  • 溶血(赤血球が、吸水&破裂する現象)
  • 溶菌(細菌の細胞壁が分解されて、吸水&破裂する現象)

 

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【参考資料】

  • 吉里勝利(2018).『改訂 高等学校 生物基礎』.第一学習社
  • 浅島 誠(2019).『改訂 生物基礎』.東京書籍
  • 吉里勝利(2018).『スクエア最新図説生物neo』.第一学習社
  • 浜島書店編集部(2018).『ニューステージ新生物図表』.浜島書店

【97】DNA複製装置

DNAの複製は、“複製起点(レプリケーター)”に結合した2つの“DNAヘリカーゼ”が、それぞれ複製起点の両方向にDNAの二重らせんを“ほどき”ながら進んでいく。

複製起点

二重らせんが2本のヌクレオチド鎖にほどかれると、それぞれを鋳型鎖として、DNAポリメラーゼ(DNA合成酵素)が新生鎖を合成し始める。

リーディング鎖&ラギング鎖

リーディング鎖&ラギング鎖

DNAポリメラーゼ(DNA合成酵素)は、すでにあるヌクレオチド鎖の“3‘末端”にしか、新たなヌクレオチド(デオキシリボヌクレオチド3リン酸)を付加できない。そのため、二重らせんがほどけていく方向と同じ方向へ“連続的に合成されるリーディング鎖”と、二重らせんがほどけていく方向とは逆方向へ”断続的に合成されるラギング鎖”との違いが生じる。DNA複製装置(イメージ①)

実際には、リーディング鎖とラギング鎖のそれぞれを合成する2つのDNAポリメラーゼが、DNAヘリカーゼをはさんで一塊の複合体(複製装置)となっている。この時、ラギング鎖側のDNAポリメラーゼは、前後の鋳型鎖を“たぐり寄せ”ながら新生鎖を合成するため、“鼻提灯”の様なループ状の構造ができる。

DNA複製装置(イメージ②)

DNA複製装置

【補足】

  • DNAヘリカーゼ(DNAの二重螺旋を“ほどく”酵素。)
  • DNAポリメラーゼ(ヌクレオチド鎖の“3‘末端”に、新たなヌクレオチドを付加する“DNA合成酵素”。プライマーを“5‘末端”側から分解する“ RNA分解酵素”でもある。)
  • DNAリガーゼ(DNAのヌクレオチド鎖の3’末端と5‘末端を連結する酵素。)
  • プライマー(DNAポリメラーゼは、“すでにある”ヌクレオチド鎖しか伸長できない。先に短い RNAが鋳型ヌクレオチドに結合し、DNAポリメラーゼが結合するためのプライマー“釣り針”となる。)
  • デオキシリボヌクレオチド3リン酸(ヌクレオチド鎖の材料となる。A(アデニン)、T(チミン)、G(グアニン)、C(シトシン)をそれぞれ構成要素とするdATP、dTTP、dGTP、dCTPの四種類がある。いずれも2個のリン酸が外れてヌクレオチド鎖の3’末端に結合する。)
  • 複製フォーク(DNA複製の際、二重螺旋がほどけて“二又のフォーク”の様な姿となる。)
  • リーディング鎖(DNA複製の際、“複製フォーク”の根元に“3‘末端”を向けて伸長していく“新たなヌクレオチド鎖”。)
  • ラギング鎖(DNA複製の際、“複製フォーク”の先端に“3‘末端”を向けて伸長していく“新たなヌクレオチド鎖”。
  • 岡崎フラグメント(ラグング鎖が伸長する際に、断続的に作られる短いヌクレオチド鎖。DNAリガーゼによって連結され、長いヌクレオチド鎖になる。)

 

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【参考資料】

  • 吉里勝利(2018).『改訂 高等学校 生物基礎』.第一学習社
  • 浅島 誠(2019).『改訂 生物基礎』.東京書籍
  • 吉里勝利(2018).『スクエア最新図説生物neo』.第一学習社
  • 浜島書店編集部(2018).『ニューステージ新生物図表』.浜島書店
  • 大森徹(2014).『大学入試の得点源 生物[要点]』.文英堂

【96】筋節の長さ&張力

筋節(サルコメア)の構造

筋節(サルコメア)の長さは、アクチンフィラメント(細い繊維)とミオシンフィラメント(太い繊維)の位置関係で決まる。

張力の大きさ/筋節の長さ

筋節の長さと張力の関係

① 最も弛緩した状態では、アクチンフィラメントとミオシンフィラメントがほぼ重ならないので、筋節(サルコメア)の長さは、アクチンフィラメントの長さ×2本分+ミオシンフィラメントの長さ×1本分に相当する。

② 収縮がはじまると、アクチンフィラメントと結合するミオシン頭部が増えるにしたがって張力が大きくなり、全てのミオシン頭部がアクチンフィラメントと結合すると張力は最大となる。

③ 全てのミオシン頭部がアクチンフィラメントと結合している間は最大張力が維持される。

④ さらに収縮して、互いに“向かいあう”アクチンフィラメントが重なると、ミオシン頭部がアクチンフィラメントを手繰り寄せる運動が妨げられるようになり、張力は小さくなる。

興奮収縮連関

【補足】

  • 横紋筋(顕微鏡で観察すると、暗帯と明帯が交互に繰り返した横縞が見られる。骨格筋と心筋に多い。)
  • 平滑筋(顕微鏡で観察しても、暗帯と明帯の縞模様は観察できない)
  • 筋繊維(筋細胞)
  • 筋原繊維(筋肉細胞の中にある繊維状構造。アクチンフィラメントとミオシンフィラメントが重なりあっている。)
  • 筋節/サルコメア(筋原繊維の中で、Z膜とZ膜の間の1区画分。)
  • 暗帯(筋原繊維の中で暗く見える帯状の部分。太いミオシンフィラメントが重なって暗く見える。筋収縮しても幅は変わらない。)
  • 明帯(筋原繊維の中で明るく見える帯状の部分。細いアクチンフィラメントだけが重なって明るく見える。筋収縮に伴い幅が狭くなる。)
  • アクチンフィラメント(筋原繊維を構成する細いタンパク質の繊維。)
  • ミオシンフィラメント(筋原繊維を構成する太いタンパク質の繊維。)

【参考資料】

  • 吉里勝利(2018).『改訂 高等学校 生物基礎』.第一学習社
  • 浅島 誠(2019).『改訂 生物基礎』.東京書籍
  • 吉里勝利(2018).『スクエア最新図説生物neo』.第一学習社
  • 浜島書店編集部(2018).『ニューステージ新生物図表』.浜島書店
  • 大森徹(2014).『大学入試の得点源 生物[要点]』.文英堂

【95】聴覚&定位

夜行性の鳥であるメンフクロウは、特有の神経回路を使って左右の耳に音が到達するわずかな時間差を検出し、餌となるネズミの位置を特定している。

聴覚&定位

音源の方向に応じて、メンフクロウが左右の耳で音を受容するまでの時間や、左右の耳(の聴細胞)からの興奮が聴神経を伝導して中枢まで伝達するまでの時間に差が生じる。メンフクロウは、左右の耳からの興奮が、どの介在ニューロンに同時に伝達(空間的加重)するかによって、音源の方向を判断できる。

空間的加重

EPSP&IPSP

【補足】

  • EPSP(興奮性シナプス後電位。シナプス後細胞の細胞体の膜電位が、やや脱分極した状態。)
  • IPSP(抑制性シナプス後電位。シナプス後細胞の細胞体の膜電位が、やや過分極した状態。)
  • 空間的加重(複数の神経終末から同時に刺激を受けると、EPSPが加算されて膜電位がより大きく変化する。)
  • 時間的加重(一つの神経終末から短時間に連続して刺激を受けると、EPSPが加算されて膜電位がより大きく変化する。)
  • シナプス前細胞(シナプスで興奮が伝達される際に、興奮を発信する側のニューロン。)
  • シナプス後細胞(シナプスで興奮が伝達される際に、興奮を受信する側のニューロン。)

【参考資料】

  • 吉里勝利(2018).『改訂 高等学校 生物基礎』.第一学習社
  • 浅島 誠(2019).『改訂 生物基礎』.東京書籍
  • 吉里勝利(2018).『スクエア最新図説生物neo』.第一学習社
  • 浜島書店編集部(2018).『ニューステージ新生物図表』.浜島書店
  • 大森徹(2014).『大学入試の得点源 生物[要点]』.文英堂
  • 大学入試センター(2020).『2021年度大学入学共通テスト/第2日程/生物』.大学入試センター

【94】染色体〜DNA

染色体〜DNA

染色体〜DNA

染色体の複製(DNAの合成)

ゲノム

【補足】

  • 染色体(真核生物の核にあり、酢酸オルセインや酢酸カーミンなどの染色液で染色される構造体。普段は糸状で、核内に分散しているが、分裂期には棒状に凝集する。分裂期の“X形”の染色体は、染色体の複製後/DNAの合成後の姿で、普段の2倍のDNAが含まれている。)
  • ヒストン(染色体において、DNAを巻き取るタンパク質。1個のヒストンに、DNAが二重に巻き取られる。)
  • DNA(デオキシリボ核酸。染色体を構成する核酸。遺伝子の本体。4種類のヌクレオチドからなるヌクレオチド鎖(一本鎖)が、相補的な塩基どうし(AとT、GとC)で水素結合した二重らせん構造(二本鎖)をとる。通常、1本の染色体には、1分子のDNA(連続した二本鎖)が含まれている。)

【参考資料】

  • 吉里勝利(2018).『改訂 高等学校 生物基礎』.第一学習社
  • 浅島 誠(2019).『改訂 生物基礎』.東京書籍
  • 吉里勝利(2018).『スクエア最新図説生物neo』.第一学習社
  • 浜島書店編集部(2018).『ニューステージ新生物図表』.浜島書店
  • 大森徹(2014).『大学入試の得点源 生物[要点]』.文英堂

【93】カサノリの接木

カサノリは、高さ5cm程の単細胞性の緑藻類で、”かさ”を切り落としても再生する能力がある。

カサノリの再生

カサノリ(単細胞性の緑藻類)は、仮根の部分に核があり、核内でDNAから転写されたmRNAは、細胞質中を原形質流動によって移動していく。そのため、かさの形が異なる2種の“かさ”を切り落として”柄”を交換しても、接木直後は”柄”の部分に残ったmRNAによってそれぞれの種の”かさ”が再生される。

カサノリの接木

カサノリの接木

カサノリの生活環

【補足】

  • カサノリ(緑色植物門緑藻綱アオサ目の単細胞性藻類。高さ5cm程で、かさ、柄、仮根から成る。)
  • mRNA(伝令RNAメッセンジャーRNA/リボ核酸の一種。遺伝子の発現を仲介するDNAの塩基配列は、RNAポリメラーゼ/RNA合成酵素によってmRNAの塩基配列に転写され、さらにリポソームでタンパク質のアミノ酸配列に翻訳される。)

【参考資料】

  • 吉里勝利(2018).『改訂 高等学校 生物基礎』.第一学習社
  • 浅島 誠(2019).『改訂 生物基礎』.東京書籍
  • 吉里勝利(2018).『スクエア最新図説生物neo』.第一学習社
  • 浜島書店編集部(2018).『ニューステージ新生物図表』.浜島書店
  • 大森徹(2014).『大学入試の得点源 生物[要点]』.文英堂

【92】キネシン&微小管

キネシン&微小管

モータータンパク質〈キネシン〉は、ATPを消費しながら、微小管の−(マイナス)端から+(プラス)端に向かって歩いていく。

モータータンパク質&細胞分裂

モータータンパク質&細胞分裂

真核生物の細胞分裂(有系分裂)では、両極から伸びてくる微小管によって、赤道面に並んだ染色体が引き裂かれる。このとき〈キネシン〉が、染色体に結合していない微小管の+(プラス)端の付近に結合する。背中合わせ?の〈キネシン〉が+端に向かって歩くと、微小管は+(プラス端)側に伸長(チューブリンが重合)しながら、紡錘体全体が、両極に押し広げられていく。

キネシン&紡錘糸

キネシン&紡錘糸

他にも、キネシン&微小管は、色素胞での色素顆粒の移動や、ニューロンでのシナプス小胞の移動に関わっている。

キネシン&色素顆粒

色素胞では、微小管の+端が細胞の外側に向いており、〈キネシン〉が色素顆粒を背負って+端に歩く?ことで、色素顆粒が分散する。

キネシン&シナプス小胞

ニューロンでは、微小管の+端が軸索末端に向いている。〈キネシン〉がシナプス小胞を背負って+端に歩く?ことで、細胞体で合成された神経伝達物質が軸索の末端に届けられている。

 

【補足】

  • 微小管(細胞骨格の中で“最も太い”けれど“微小”管。タンパク質“チューブリン”が螺旋状に重合した繊維。)
  • ダイニン(微小管の表面を、+端からー端に向かって歩くモータータンパク質。“歩く”際にはATPを消費する。)
  • キネシン(微小管の表面を、ー端から+端に向かって歩くモータータンパク質。もちろんATPを消費する。)
  • モータータンパク質(ATPと結合・分解し、その立体構造が変化することで、ATPの化学エネルギーを運動エネルギーに変換するタンパク質。)
  • 紡錘体(分裂期に現れる。細胞の両極から伸びた紡錘糸/微小管が、赤道面に並んだ染色体に結合すると、全体的に糸巻形/紡錘形に見える。)

【参考資料】

  • 吉里勝利(2018).『改訂 高等学校 生物基礎』.第一学習社
  • 浅島 誠(2019).『改訂 生物基礎』.東京書籍
  • 吉里勝利(2018).『スクエア最新図説生物neo』.第一学習社
  • 浜島書店編集部(2018).『ニューステージ新生物図表』.浜島書店
  • 大森徹(2014).『大学入試の得点源 生物[要点]』.文英堂

ブログ移転のお知らせ

〈SOIL-SHOP生物教材製作所/自習室〉は、高校生物を学ぶ全ての方を対象に、「生物」「生物基礎」の予習&復習&自習のための板書&動画を紹介するブログです。

新型コロナウイルス感染症の影響による2020年3月からの全国一斉臨時休校、その後の自宅学習やオンライン授業に対応するため、当時授業を担当していた高校2年生を対象に、2020年4月に、はてなブログ〈SOIL-SHOP生物教材製作所/自習室〉(https://soilshop.hatenablog.com)を開設しました。

先月、はてなブログ開設時に担当していた生徒たちが卒業し、予定していた2年間の契約期間(はてなブログpro)が終了することを機に、新しいサイト(https://study.soilshop.net)に移転することにしました。

現在のはてなブログ〈SOIL-SHOP生物教材製作所/自習室〉(https://soilshop.hatenablog.com)は、4月末に閉鎖する予定です。

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SOIL-SHOP自習室 https://study.soilshop.net

【91】セカンドメッセンジャー

アドレナリンやインスリンなどのペプチドホルモンは、高分子のために細胞膜を通過できない。

そこで、ペプチドホルモンなどがリガンド(受容体に特異的に結合する物質)として細胞膜の受容体に結合すると、細胞内ではcAMP(サイクリックAMP)やカルシウムイオンなどが細胞外からの情報を引き継いで伝える分子〈セカンドメッセンジャー〉として働く。

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Gタンパク質共役受容体&cAMP

肝細胞の細胞膜では、アドレナリンと結合したGタンパク共役受容体が、細胞内でGタンパク質を活性化し、Gタンパク質と結合した近くの膜タンパク質(アデニル酸シクラーゼ)が、cAMPを合成する。

cAMPは、肝細胞内に入れないアドレナリンの情報を引き継ぐ〈セカンドメッセンジャー〉として、肝細胞内でリン酸化酵素(キナーゼ)を活性化、キナーゼは別の酵素(ホスホリラーゼ)を活性化、ホスホリラーゼがグリコーゲンをグルコースに分解する。

 

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1stメッセンジャー&2ndメッセンジャー

筋細胞(筋繊維)では、アセチルコリンと結合したリガンド依存性ナトリウムチャネルが開くことでナトリウムイオンが流入して膜電位が脱分極し、T管を介して筋小胞体に伝導した膜電位の変化によって、筋小胞体の電位依存性カルシウムチャネルが開いてカルシウムイオンが細胞質中に放出される。

カルシウムイオンは、筋細胞内に入れないアセチルコリンの情報を引き継ぐ〈セカンドメッセンジャー〉として、トロポニンに結合し、筋原繊維の滑り込みのきっかけとなる。

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筋収縮のセカンドメッセンジャー

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興奮収縮連関

【補足】

  • ステロイドホルモン(細胞膜の脂質二重層を通過できる。糖質コルチコイド、鉱質コルチコイドなど。)
  • ペプチドホルモン(タンパク質でできた高分子のホルモンで、細胞膜を通過できない。アドレナリン、インスリンなど。)
  • リガンド(受容体に特異的に結合する分子。サイトカイン、ホルモン、神経伝達物質など、細胞ごと・受容体ごとに様々な分子がリガンドとなる。)
  • GTP(グアノシン3リン酸。
  • ATP(アデノシン3リン酸。エネルギーの通貨。)
  • cAMP(サイクリックAMP。肝細胞におけるアドレナリンのセカンドメッセンジャーなどとして働く。)
  • カルシウムイオン(筋細胞におけるアセチルコリンのセカンドメッセンジャーなどとして働く。)
  • IP3(イノシトール3リン酸。血管平滑筋におけるアドレナリンのセカンドメッセンジャーなどとして働く。)
  • Gタンパク質(GDPと結合している間は不活性、GTPと結合すると活性化するタンパク質。)
  • Gタンパク質供役型受容体(細胞膜に埋め込まれた膜タンパク質。細胞膜の外側に受容体部分があり、細胞膜の内側にはGタンパク質が結合している。受容体にリガンド(受容体に特異的に結合する物質)が結合すると、Gタンパク質を活性化する。)

【参考資料】

  • 吉里勝利(2018).『改訂 高等学校 生物基礎』.第一学習社
  • 浅島 誠(2019).『改訂 生物基礎』.東京書籍
  • 吉里勝利(2018).『スクエア最新図説生物neo』.第一学習社
  • 浜島書店編集部(2018).『ニューステージ新生物図表』.浜島書店
  • 大森徹(2014).『大学入試の得点源 生物[要点]』.文英堂

【90】次世代シークエンサー

1977年にフレデリック・サンガーによって、DNAの塩基配列を読み取る方法(サンガー法/ジデオキシ法)が開発された。

1990年に始まった〈ヒトゲノム計画〉では、ヒトの核DNAの全塩基配列を、15年程かけて読み取る計画だったが、塩基配列を自動で読み取る装置(自動シークエンサー)の実用化などにより、予定より2年早い2003年までに作業が完了した。

その後もDNAの塩基配列読み取り方法(DNAシークエンス)は改良され続け、現在では、ヒトゲノム(30億塩基対)の塩基配列を数日で読み取ることができるようになった。

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DNAの断片化&ブリッジPCR

ガラス基板の場所ごとに、それぞれのDNA断片のインデックス配列(末端部)に相補的なプライマーが、5’末端をガラス基板に固定された状態で固定されている。

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ブリッジPCR

ガラス基板上の場所ごとに、別々のDNA断片が増幅されるので、同時に複数のDNA断片の塩基配列を読み取ることができる。

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DNAシークエンス

〈次世代シーケンス〉にも様々な方法があるが、どの方法も”同時に複数のDNA断片の塩基配列を読み取れることで、解析速度が増している。

〈次世代シーケンス/次世代シーケンサー〉で、大量のDNAの塩基配列をより速く読み取れるようになったことで、SNPなどの個人差を比較することもできるようになった。

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DNAアライメント

【補足】

  • DNAシークエンス(DNAの塩基配列を読み取ること。)
  • PCR(ポリメラーゼ連鎖反応。DNAの特定の配列を増幅する方法。)
  • DNAポリメラーゼ(DNA合成酵素。新生鎖の3'末端に、鋳型鎖と相補的なヌクレオチドを付け加えていく。プライマーが無ければヌクレオチド差を合成できす、5'末端にヌクレオチドを付加することもできない"わがまま酵素"。)
  • ヌクレオチド(リン酸&糖&塩基の結合した分子。DNAやRNAの材料となる。DNAのヌクレオチドは、リン酸&デオキシリボース(糖)に、A,T,G,Cの4種類の塩基のどれかが結合している。)
  • dNTP(デオキシリボヌクレオチド三リン酸。4種類のdNTA(dATP,dTTP,dGTP,dCTP)が連結して、DNAのヌクレオチド鎖ができる。)
  • ddNTP(ジ・デオキシリボヌクレオチド三リン酸。dNTPでは、糖の3'位置に-OHがあるが、ddNTPは-Hになっている。そのためヌクレオチド鎖の3'末端にddNTPが結合すると、次のdNTP、あるいはddNTPは結合できない。)
  • サーマルサイクラー(設定した温度や時間にしたがって、自動で加熱と冷却をくり返してくれる装置。PCRやサンガー法で活躍。)

【参考資料】

  • 吉里勝利(2018).『改訂 高等学校 生物基礎』.第一学習社
  • 浅島 誠(2019).『改訂 生物基礎』.東京書籍
  • 吉里勝利(2018).『スクエア最新図説生物neo』.第一学習社
  • 浜島書店編集部(2018).『ニューステージ新生物図表』.浜島書店
  • 大森徹(2014).『大学入試の得点源 生物[要点]』.文英堂