下図は心臓の洞房結節の活動電位波形である。これに関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. 交感神経の興奮により静止膜電位が低下し、心拍数が変化する。
2. 4相での変化は、Na⁺チャネルの開口による細胞内へのNa⁺流入に起因する。
3. 0相での変化は、L型Ca²⁺チャネルの開口による細胞内へのCa²⁺流入に起因する。
4. 3相での変化は、K⁺チャネルの開口による細胞外へのK⁺流出に起因する。
5. 3相での変化が、心室筋の弛緩を起こす。

　解 説　　　　　

洞房結節なので、Ca²⁺、及び K⁺ のみが電位の変化に関与することが特徴です。

洞房結節とは、心臓のペースメーカーの機能を担う部分です。ここの興奮を心臓の鼓動周期の開始として「洞房結節の興奮 → 心房部の収縮 → 房室結節への刺激の集合 → 心室部の収縮」という流れで、リズミカルな収縮が行われます。以上をふまえ、各選択肢を検討します。

選択肢 1 ですが
交感神経の興奮で、心臓の鼓動が速くなります。もしも静止膜電位が低下すると洞房結節の興奮が遅くなります。従って、選択肢 1 は誤りであると考えられます。

選択肢 2 ですが
Na⁺ は関与しません。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3,4 は、正しい選択肢です。

選択肢 5 ですが
洞房結節の興奮後おきるのは、心房部の収縮です。従って、選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 3,4 です。

下図は自律神経系(交感神経系、副交感神経系)の遠心路の模式図である。以下の記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。ただし、図中の神経系A、神経系B、神経系Cは交感神経系あるいは副交感神経系のいずれかを示す。

1. 神経系Aは、副交感神経系である。
2. 神経系Aの興奮により、大部分の血管平滑筋が収縮する。
3. 神経系Bの節前線維は、主に胸髄及び腰髄の側角から発する。
4. 神経系Bの興奮時には、瞳孔括約筋が収縮して、縮瞳が起こる。
5. 神経系Cの神経終末からノルアドレナリンが放出される。

　解 説　　　　　

節後が長いのが、交感神経です。短いのが、副交感神経です。例外的に節がないのは、支配器官が副腎である交感神経です。（これは、副腎が神経節の一種であるからです。）

選択肢 1 は、正しい記述です。
（節後が短いので、副交感神経とわかります。）

選択肢 2 ですが
副交感神経系の興奮により、多くの血管平滑筋は弛緩します。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 は、正しい記述です。
（本番では、他の選択肢を切るのが現実的と思います。）

選択肢 4 ですが
交感神経の興奮時なので、散瞳します。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 ですが
神経 C は、交感神経の節前と考えればよいです。そのため、神経伝達物質は、アセチルコリンです。ノルアドレナリンでは、ありません。よって、選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 1,3 です。

ヒトの体内で働くタンパク質分解酵素(プロテアーゼ)に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. 膵臓から分泌されるキモトリプシンは、タンパク質のC末端から順次アミノ酸を遊離する。
2. トリプシンの触媒作用には、その活性部位にあるセリン残基が関与する。
3. トリプシノーゲンは、十二指腸上皮細胞から分泌されるエンテロペプチダーゼ(エンテロキナーゼともよばれる)により小腸内でトリプシンに変換される。
4. アンチトロンビンⅢは、主として血管内皮細胞から分泌され、トロンビンの活性を阻害する。
5. 組織プラスミノーゲンアクチベーターは、血液凝固反応で形成されたフィブリンの分解反応を触媒する。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
キモトリプシンは、エンドペプチダーゼです。すなわちタンパク質「内部」のペプチド結合を切断します。イメージとしては、ざく切りです。とりあえず小さくする感じです。

一方、タンパク質「末端」から順次切断するのはエキソペプチダーゼです。イメージとしては、せん切りです。端っこから均等に切っていく感じです。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2,3 は正しい記述です。

選択肢 4 ですが
アンチトロンビンは、主として「肝臓」で作られます。トロンビンの活性を阻害するという記述は正しいです。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 ですが
組織プラスミノーゲンアクティベーター（tpa）はフィブリン分解の触媒ではなく、プラスミノーゲンを活性化させることにより、活性型プラスミンを生成する反応の触媒として働きます。この活性型プラスミンが、フィブリンを分解します。

つまり、フィブリン分解反応における活性化エネルギーを低下させる（＝触媒として働く）わけではなく、フィブリンを分解させる物質の生成反応を促進させる物質である、ということです。従って、選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 2,3 です。

下図は、ヒトの尿素回路(オルニチン回路)の概略を示している。以下の記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1.  ①と②の反応では、ATPが消費される。
2.  ②の反応は、この回路の律速段階である。
3.  化合物Aは、一酸化窒素(NO)合成酵素の基質となる。
4.  NH₃の窒素原子は、この回路により化合物Bに組み込まれる。
5.  この回路の一部の反応はペルオキシソーム内で行われるが、それ以外は細胞質で行われる。

　解 説　　　　　

オルニチン回路とは、有害なアンモニアを尿素にする回路のことです。この回路ではミトコンドリアで作られる ATP の１０％強程度が消費されると言われます。解毒ですごくエネルギーを使っている　というイメージを持っておくと理解しやすいと思います。

この回路ではまず、尿素をカルバモイルリン酸にしてオルニチンにくっつけることでシトルリンができます。シトルリンから色々あって最後が尿素＋オルニチンです。全体として、オルニチンがぐるぐる回っている回路であり尿素がアンモニアになる回路です。

選択肢 1 は、正しい記述です。
①で 2 ATP、②で 1 ATP が使用されます。

選択肢 2 ですが
この回路の律速は、カルバモイル基の導入部分です。すなわち、① です。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 ですが
NO 合成の基質といえば、アルギニンです。化合物 A はオルニチンです。従って、選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 は、正しい記述です。
B が尿素です。

選択肢 5 ですが
この回路の反応は、ミトコンドリアと細胞質で行われます。よって、選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 1,4 です。

参考　生化学まとめ　アミノ酸分子中の炭素及び窒素代謝

ピリミジンヌクレオチドの代謝に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. ピリミジン骨格の生合成には、グルタミンとアスパラギン酸が利用される。
2. ピリミジンヌクレオチドの生合成は、最終産物のシチジン5′-三リン酸(CTP)によりフィードバック阻害される。
3. デオキシウリジン5′-一リン酸(dUMP)からデオキシチミジン5′-一リン酸(dTMP)の生合成において、S-アデノシルメチオニンがメチル基供与体として働く。
4. ピリミジンヌクレオチドの分解により、尿酸が生成される。

　解 説　　　　　

まず、ピリミジン塩基は環が少ない方です。U,T, C　の方です。プリン塩基が、A,G です。

選択肢 1,2 は、正しい記述です。
ちなみに、プリン塩基の生合成に関与するアミノ酸は、グルタミン、アスパラギン酸に加え、グリシンです。

選択肢 3 ですが
記述の反応におけるメチル基供与体は、5,10-メチレンテトラヒドロ葉酸です。（5,10 – CH₂ – THF と表されることがあります。THF が、テトラヒドロ葉酸です。葉酸が Folic acid 。）

選択肢 4 ですが
分解最終産物が尿酸なのは、プリン塩基です。ピリミジン塩基は、β－アラニン＋β－アミノイソ酪酸　に分解されます。（最終的には NH₃ , CO₂ , H₂O まで分解。NH₃ は尿素回路へ。）

以上より、正解は 1,2 です。

真核細胞におけるmRNAからタンパク質への翻訳過程に関する記述について、誤っているのはどれか。1つ選べ。

1. 翻訳過程は、開始、伸長及び終結の3段階の反応により完結する。
2. 遺伝子の転写反応が完結する前に、翻訳開始反応が起こる。
3. 翻訳開始反応は、mRNAの5’末端側から3’末端側の方向に進行する。
4. リボソームがもつペプチジルトランスフェラーゼ活性により、ペプチド鎖伸長反応が起こる。
5. アミノアシルtRNAの生成には、ATPのエネルギーを利用してアミノ酸が活性化される必要がある。

　解 説　　　　　

選択肢 1,3,4,5 は、正しい記述です。どれも正しいと判断できるべき内容です。

選択肢 2 ですが
「真核細胞における」がポイントです。真核細胞における DNA の転写　なので、RNA はスプライシングを受けたりキャップ構造 や ポリA 付加を受けます。そのため、核内で転写反応を完結させてできた成熟 mRNA が核外へと移行し翻訳されます。※もしもこれが細胞における　という記述であれば原核生物もありえます。

原核生物の場合、原形質において転写されてできた mRNA から順次翻訳されることになります。つまり、原核生物において転写と翻訳は同時に行われるということです。

以上より、正解は 2 です。

マウスのある細胞において、タンパク質(ア)及び(イ)の産生は転写因子Xにより調節されている。両タンパク質の産生に対するその転写因子の機能を明らかにするため、以下のsiRNA(低分子干渉RNA)導入実験を行った。

実験方法、原理と考察に関する記述のうち、適切なのはどれか。2つ選べ。

【実験】　転写因子Xに対するsiRNAを導入しない細胞A及び導入した細胞Bを24時間培養した。その後、細胞を破壊し、全タンパク質を回収して、それぞれ試料A及びBとした。

同一タンパク質量の試料A及びBを用いてSDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行い、分離されたゲル中のタンパク質をニトロセルロース膜に転写した。次に、そのニトロセルロース膜においてタンパク質(ア)及び(イ)に対する特異的抗体を用いた抗原抗体反応を行った。その結果、図のようにそれぞれのタンパク質に特異的なバンド(黒色)を検出した。

なお、実験に用いたsiRNAは特異的に転写因子XのmRNAをノックダウンすること、そのノックダウン効果は培養24時間の時点で最大となること、さらにタンパク質(ア)及び(イ)のニトロセルロース膜への転写効率に差がないことを確認している。

1. 転写因子Xの遺伝子が存在する染色体が、導入されたsiRNAにより破壊される。
2. 図は、サザンブロット法を用いて得られた結果である。
3. 転写因子Xは、タンパク質(ア)をコードする遺伝子の転写を抑制的に調節していると考察される。
4. タンパク質(イ)の産生は、転写因子Xにより抑制的に調節されると考察される。
5. 転写因子XのsiRNAによるノックダウン効果は、細胞Bをさらに培養することにより減弱すると予想される。

　解 説　　　　　

転写因子とは、転写（DNA→RNA）を調節するスイッチ的なタンパク質です。※調節が、促進か抑制かはそれぞれ異なる。

また、siRNA とは、２１～２３塩基程度の低分子二本鎖RNAです。mRNA を特異的に破壊します。

転写因子もタンパク質なので、DNA→mRNA→タンパク質　という流れで作られます。siRNA 導入により、この転写因子を翻訳するための mRNA が破壊されるため転写因子（タンパク質）が作られなくなる、ということです。

選択肢 1 ですが
染色体が破壊されるわけではありません。あくまでも翻訳された mRNA が破壊されるだけです。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 ですが
サザンブロットとは、DNAを用いた、DNAの検出法です。本問では、タンパク質を用いてタンパク質を検出しているのでこれはウェスタンブロットです。

選択肢 3 は、正しい選択肢です。

選択肢 4 ですが
この選択肢が正しいとすれば、試料Bの方が抑制がなくなるので、タンパク質（イ）が多く翻訳されてバンドが太く出るはずです。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 は、正しい選択肢です。
ノックダウン効果が培養２４時間の時点で最大になる、と問題文にあるからです。

以上より、正解は 3,5 です。

免疫系における胸腺の役割に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. T細胞の前駆細胞は骨髄で作られた後、胸腺に移動して分化・成熟する。
2. 胸腺において、T細胞抗原受容体の遺伝子の再構成が起こる。
3. 胸腺は、成人において造血が行われる主要な器官である。
4. 胸腺は、二次リンパ器官の一つである。
5. B細胞は主として胸腺で産生され、リンパ節で分化・成熟する。

　解 説　　　　　

選択肢 1,2 は、正しい記述です。

選択肢 3 ですが
造血が行われるのは、骨髄です。胸腺ではありません。

選択肢 4 ですが
胸腺は、一次リンパ器官です。一次リンパ器官とは免疫細胞が分化する場所のことです。一方、二次リンパ器官とは免疫反応の場のことです。代表例としては、脾臓やリンパ節があります。

選択肢 5 ですが
B が bone の略です。B 細胞は骨髄で生成され、骨髄で成熟します。

以上より、正解は 1,2 です。

移植片拒絶反応について調べるため、2種類の近交系のマウス(A/AとB/B)を用いて、下記のような交配を行った。これらのマウスを用いて皮膚の移植実験を行った。以下に実験結果を示す。なお、A/A、A/B及びB/Bは組織適合抗原の遺伝子型を表している。

[交配手順]

1. A/Aの親マウスとB/Bの親マウス間で交配し、雑種第一代(F₁)マウスを得た。
2. F₁マウス同士を交配して雑種第二代(F₂)マウスを得た。

[実験結果]

1. A/Aの親マウス同士の移植、B/Bの親マウス同士の移植は常に成立した。
2. A/Aの親マウスとB/Bの親マウスの間の移植は常に失敗した。

以上の移植実験結果に基づき、移植が常に成立すると予想されるのはどれか。2つ選べ。

1. A/Aの親マウスから、F₁マウスへの移植
2. F₁マウスから、A/Aの親マウスへの移植
3. A/Aの親マウスから、F₂マウスへの移植
4. F₁マウスから、B/Bの親マウスへの移植
5. F₂マウスから、F₁マウスへの移植

　解 説　　　　　

移植片拒絶なので「自分でないものが来ると拒絶」です。

選択肢 1 は、正しい記述です。
A/Aの親マウスからの移植なので、この皮膚はAです。（より正確に表現するなら、皮膚細胞の表面に出ている組織適合抗原がAです。）F₁ にとっての「自分」とは、自分がA/Bなのでやってくるのは、AでもBでもOKです。従って、移植は成功します。

ちなみに、移植される側が F₁ であれば大丈夫なので、選択肢 5 も正しい記述となります。

選択肢 2 ですが
F₁ から、A/Aに移植してしまうと、皮膚細胞には、A を抗原掲示しているものと、B を抗原掲示しているものが混在します。すると「自分ではない B」がやってくることになるので拒絶がおきます。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 ですが
F₂ の中には、B/Bがいます。A/Aから、B/Bだとだめでした。これは実験結果②より判断できます。よって、選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 ですが
F₁ から B/Bに移植してしまうと、皮膚細胞には、A を抗原掲示しているものと B を抗原掲示しているものが混在します。B/Bへ移植すると「自分ではないA」がやってくることになってしまうので拒絶がおきます。よって、選択肢 4 は誤りです。

以上より、正解は 1,5 です。

細菌の毒素に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. 腸管出血性大腸菌が産生するベロ毒素は、宿主細胞のタンパク質合成を阻害する。
2. コレラ毒素は、宿主の神経筋接合部でのアセチルコリンの遊離を抑制し、筋肉の麻痺を引き起こす。
3. ボツリヌス毒素は、宿主細胞内でアデニル酸シクラーゼを活性化し、サイクリックAMP濃度の上昇をもたらす。
4. グラム陰性菌の内毒素(エンドトキシン)は、外膜に存在するリポ多糖である。

　解 説　　　　　

選択肢 1,4 は、正しい記述です。

選択肢 2,3 は、主語が逆です。
コレラ毒素は、Gs タンパク質の ADP リボシル化を介し、アデニル酸シクラーゼ（AC）を活性化し cAMP 濃度の上昇をもたらします。その結果、消化管細胞の異常な興奮 → 分泌液過剰 → 致死的下痢を引き起こします。

ボツリヌス毒素は、Ach 遊離抑制を介して筋弛緩性の麻痺を引き起こします。

以上より、正解は 1,4 です。