金沢医科大学 医学部 生物（2024年度1日目）全問題・超図解解説

Step 1タンパク質の1次〜4次構造の定義を整理しよう！

Step 2各選択肢の正誤判定

• ❌ ① 誤り：$\alpha$ヘリックスや$\beta$シート（二次構造）は、ペプチド結合部分の$\text{-NH-}$と$\text{-CO-}$の間の水素結合によってつくられます。ジスルフィド結合（S-S結合）は三次構造の形成に関わります。
• ❌ ② 誤り：アミノ酸の並び方（配列）は「二次構造」ではなく「一次構造」です。
• ❌ ③ 誤り：複数のポリペプチドが組み合わさる構造は「三次構造」ではなく「四次構造」です（ヘモグロビンなど）。
• ⭕ ④ 正しい：酵素の立体構造（特に活性部位のくぼみの形）によって、結合できる基質が1種類（または特定の種類）に決まります。これを基質特異性といいます。
• ❌ ⑤ 誤り：熱やpH変化による「変性」では、水素結合などが切れて立体構造（二次・三次・四次構造）が変化しますが、共有結合であるペプチド結合は切れず、アミノ酸配列（一次構造）は変化しません。

Step 1DNA量（相対値2〜4）と細胞周期の対応を確認！

• ②の範囲（DNA量 ＝ $2$ のピーク）：DNA複製前の$\text{G}_1$期の細胞です。多くの細胞で最も時間が長いため、細胞数が最大（高いピーク）になります。
• ③の範囲（DNA量 ＝ $2 \to 4$ の途中）：まさに今DNAを複製して増やしている最中の$\text{S}$期（DNA合成期）の細胞です。
• ④の範囲（DNA量 ＝ $4$ のピーク）：DNA複製が完了した後の$\text{G}_2$期および$\text{M}$期（分裂期）の細胞です。

Step 2設問の順番（ひっかけ注意！）を確認！

問題文では先に「2の範囲にある細胞は$\text{S}$期」、次に「3の範囲にある細胞は$\text{G}_1$期」と聞いてきています。順番を逆にマークしないように注意しましょう！

Step 1受精〜胞胚〜原腸胚〜神経胚〜尾芽胚のタイムラインで並べる！

Step 1各選択肢の正誤を1つずつチェック！

• ⭕ ① 正しい：神経伝達物質を含むシナプス小胞はシナプス前細胞（軸索末端）側のみに存在し、受容体はシナプス後細胞側のみに存在するため、興奮の伝達は一方向のみに起こります。
• ❌ ② 誤り：筋小胞体が放出するのはナトリウムイオン（$\text{Na}^+$）ではなくカルシウムイオン（$\text{Ca}^{2+}$）です。
• ❌ ③ 誤り：用語が逆です！1つのニューロン内（軸索）を伝わるのが「伝導」、シナプスを介して隣の細胞へ伝わるのが「伝達」です。
• ❌ ④ 誤り：単一の刺激で1回だけ収縮してすぐ弛緩するのは「強縮」ではなく「単収縮」です（強縮は連続刺激で単収縮が重なり持続的に強く収縮する現象）。
• ❌ ⑤ 誤り：直径が同じなら、跳躍伝導を行う有髄神経線維のほうが無髄神経線維よりも伝導速度が速いです。
• ❌ ⑥ 誤り：神経系全体が「中枢神経系」と「末梢神経系」に分かれ、末梢神経系は「体性神経系」と「自律神経系」の2つに分けられます。

Step 1容器の容積 $3\text{ L}$ を $\text{mm}^3$（立方ミリメートル）に単位換算する！

まず、体積の単位換算の基本を1ステップずつ確認しましょう。

これより、容積 $3\text{ L}$ の密閉容器全体の気体の体積 $V$ は、

$$V = 3\text{ L} = 3 \times 10^6\text{ mm}^3$$

Step 2$10$分間で吸収された$\text{CO}_2$の体積（$\text{mm}^3$）を求める！

$1\text{ ppm} = \dfrac{1}{10^6}$（$100$万分の$1$）なので、$30\text{ ppm}$ は全体の $\dfrac{30}{10^6}$ です。よって、$10$分間で葉に吸収された$\text{CO}_2$の体積は、

$$\text{吸収されたCO}_2\text{量} = 3 \times 10^6\text{ mm}^3 \times \frac{30}{10^6} = 3 \times 30 = 90\text{ mm}^3$$

💡 Sora先生の秒殺テクニック：「$1\text{ L} = 10^6\text{ mm}^3$」で「$1\text{ ppm} = 10^{-6}$」なので、（リットル数）$\times$（$\text{ppm}$数）＝ そのまま $\text{mm}^3$ の値になります！（$3 \times 30 = 90\text{ mm}^3$）

Step 3「$1$分あたり」「$1\text{ cm}^2$あたり」の純生産速度に割り算する！

求める単位は $\text{mm}^3/(\text{分}\cdot\text{cm}^2)$ なので、吸収量 $90\text{ mm}^3$ を、時間（$10$分）と葉の面積（$25\text{ cm}^2$）で割ります。

$$\text{純生産速度} = \frac{90\text{ mm}^3}{10\text{ 分} \times 25\text{ cm}^2} = \frac{9}{25} = \frac{9 \times 4}{25 \times 4} = \frac{36}{100} = 0.36\text{ mm}^3/(\text{分}\cdot\text{cm}^2)$$

Step 1系統樹の枝分かれの意味を読み取る！

図2の系統樹を見ると、まず「ヒトにつながる系統（哺乳類）」と「動物ア・イにつながる系統」が分岐し、その後に動物アと動物イが共通祖先（赤丸）から分岐しています。つまり、「動物アと動物イは、ヒトよりも互いに近縁な同じグループ同士」でなければなりません！

Step 2各選択肢を検証する！

• ❌ ① クロマグロ（魚類）とカブトムシ（節足動物）：ヒト（哺乳類）とクロマグロ（魚類）はともに脊椎動物なので、カブトムシが最初に分岐していなければおかしいです。
• ❌ ② ゴリラ（類人猿）とニホンザル（旧世界ザル）：ゴリラはニホンザルよりもヒトに近縁です（ニホンザルが先に分岐し、その後ヒトとゴリラが分岐します）。
• ⭕ ③ スズメ（鳥類）とライチョウ（鳥類）：古生代石炭紀〜ペルム紀に哺乳類の祖先（単弓類）と爬虫類・鳥類の祖先（竜弓類）が分岐し、その後、鳥類の共通祖先からスズメとライチョウが分岐したため、図2の系統樹と完全に一致します！
• ❌ ④ ニホンウナギ（魚類）とクサガメ（爬虫類）：ヒト（哺乳類）とクサガメ（爬虫類）はともに羊膜類なので、魚類のニホンウナギが最初に分岐していなければなりません。

Step 1分子時計の比例式を立てる！

DNA塩基配列の違い（$\%$）は、共通祖先から分岐してからの経過時間 $t$ に比例します。ヒトとチンパンジーの分岐年代を $t$（万年前）とすると、

$$3.1\% : 1300\text{万年前} = 1.2\% : t\text{万年前}$$

Step 2$t$ を計算する！

$$t = 1300 \times \frac{1.2}{3.1} = \frac{1560}{3.1} = \frac{15600}{31} \fallingdotseq 503.2\text{（万年前）}$$

問題文は「およそ 15 $00$万年前」となっているので、15 には 5 が入ります。

Step 1文脈に沿って空欄を決定する！

• 大腸菌はグルコース（②）があれば優先的にそれを利用し、ラクトース分解酵素をつくる必要がありません。したがって「培養液中に 16（② グルコース）が存在するとき（かつラクトースがないとき）」、リプレッサーがDNA上の 17（① オペレーター）に結合し、プロモーターに結合したRNAポリメラーゼの進行を妨げて転写を抑えます。
• 一方、培養液中にグルコースがなくなり、18（④ ラクトース）だけが存在するようになった場合、ラクトースから生じた誘導物質（アロラクトース）がリプレッサーに結合して立体構造を変化させ、リプレッサーがオペレーターの 19（⑤ 結合部位から離れる）ことで転写が起こります（※リプレッサー自体が分解されるわけではないので⑥は誤り）。

Step 1各選択肢の正誤判定

• ⭕ ① 正しい：半保存的複製では2本鎖DNAの両鎖を鋳型として新しい鎖が合成されますが、転写では遺伝子ごとにアンチセンス鎖（鋳型鎖）と呼ばれる片方の鎖のみを鋳型としてRNAが合成されます。
• ❌ ② 誤り：DNAは通常2本鎖ですが、RNAは通常1本鎖で存在します。
• ❌ ③ 誤り：ヌクレオチド同士は「リン酸とリン酸の間」ではなく、一方のヌクレオチドの糖（$3'$炭素）と他方のヌクレオチドのリン酸（$5'$炭素に結合）の間でホスホジエステル結合を形成します。
• ❌ ④ 誤り：真核生物のDNAと結合してクロマチン（ヌクレオソーム）や染色体を形成するのは「rRNA」ではなく、塩基性タンパク質のヒストンです。

Step 1研究者A〜Fの名前と実験の意義を特定する！

• ❌ ① ミーシャー（1869年）：白血球（膿）の核から「ヌクレイン（核酸）」を発見しましたが、それが遺伝物質であることまでは証明していません。
• ⭕ ② エイブリー（アベリー）ら（1944年）：肺炎双球菌の形質転換を引き起こす物質がタンパク質ではなくDNAであることを直接証明しました。
• ❌ ③ シャルガフ（1950年）：DNAの塩基組成の規則（$\text{A}=\text{T}, \text{G}=\text{C}$）を発見しました（構造解明のヒント）。
• ❌ ④ ワトソンとクリック（1953年）：DNAの二重らせん構造モデルを提唱しました。
• ❌ ⑤ メンデル（1865年）：遺伝の法則を発見しましたが、遺伝子の物質的本体（DNA）は不明でした。
• ⭕ ⑥ ハーシーとチェイス（1952年）：T2ファージのタンパク質を$^{35}\text{S}$、DNAを$^{32}\text{P}$で標識する実験により、大腸菌内に侵入して次世代ファージの遺伝情報を伝える本体がDNAであることを決定的に証明しました。

Step 1真核生物の転写調節領域（エンハンサー・サイレンサー）と調節タンパク質の働きを検証！

• ❌ ① 誤り：転写調節領域は「DNAからmRNAへの転写の開始頻度」を調節する領域であり、mRNAの核外輸送を促進するものではありません。
• ❌ ② 誤り：調節タンパク質のアミノ酸配列を指定しているのは「調節遺伝子（の翻訳領域）」であり、転写調節領域（エンハンサーなど）自身は転写・翻訳されません。
• ❌ ③ 誤り：mRNAのリボソームへの結合は「翻訳」段階の話であり、DNA上の転写調節領域に結合した調節タンパク質の働きではありません。
• ⭕ ④ 正しい：DNA上の転写調節領域（エンハンサーなど）に結合した調節タンパク質（アクチベーターなど）は、DNAが湾曲し、メディエーターなどを介してプロモーター上の基本転写因子とRNAポリメラーゼの複合体に作用し、転写を促進（または抑制）します。
• ⭕ ⑤ 正しい：糖質コルチコイドなどのステロイドホルモンは脂溶性であるため細胞膜を通過し、細胞内の受容体と結合して「ホルモン-受容体複合体」となり、これが核内のDNAの転写調節領域に結合する転写調節タンパク質（転写因子）として直接働き、特定の遺伝子の転写を調節します。

Step 1全6選択肢を1つずつ厳密にチェック！

• ❌ ① 誤り（ひっかけ注意！）：mRNAの3つの塩基の並び（コドン）が指定しているのは「1つのタンパク質」ではなく「1つのアミノ酸」です！
• ❌ ② 誤り：この原則は「形質転換」ではなく「セントラルドグマ」とよびます。
• ❌ ③ 誤り：タンパク質は「塩基」ではなく「アミノ酸」がペプチド結合でつながってできています。
• ⭕ ④ 正しい：翻訳において、リボソームはmRNA上を$5'$末端側から$3'$末端側の方向（$5' \to 3'$方向）へ移動しながらコドンを読み取り、ポリペプチド鎖を合成します。
• ❌ ⑤ 誤り：食物中のタンパク質は消化管でアミノ酸にまで分解されてから吸収され、細胞内で再び自身のDNA情報に基づいて新しいタンパク質に合成されます。
• ⭕ ⑥ 正しい：同一の個体の体細胞はすべて同じゲノム（DNA）を持っていますが、組織や細胞ごとに発現（転写・翻訳）する遺伝子の種類や量が調節されている（選択的遺伝子発現）ため、合成されるタンパク質の種類や量に違いがあります。

Step 13種類の食細胞（24・25・26）を特定する！

• 24：通常は血管内に存在し、白血球・食細胞の中で最も数が多いのは ⑤ 好中球 です。
• 25：血液中の単球から分化し、組織中で活発に食作用を行うのは ④ マクロファージ です。
• 26：リンパ節へ移動し、最も強力な抗原提示を行ってT細胞を活性化させ適応免疫を開始させるのは ⑥ 樹状細胞 です。

Step 2リンパ球（27・28・29・30）を特定する！

• 27：感染細胞に直接結合し、細胞傷害性物質（パーフォリンなど）を放出して細胞死（アポトーシス）させるのは ② キラーT細胞 です。
• 28：マクロファージ（25）の能力を高めたり、B細胞（29）を活性化させる司令塔は ③ ヘルパーT細胞 です。
• 29：B細胞受容体（BCR）で抗原を取り込んでヘルパーT細胞（28）に提示し、サイトカインを受けて活性化するのは ① B細胞 です。
• 30：活性化したB細胞が分化し、抗体を大量に産生・分泌するのは ⑦ 形質細胞（抗体産生細胞） です。

Step 1「誤っているもの」を探す！

• 🚨 ① 誤り（選ぶ！）：ツッコミどころが2つあります！涙やだ液などに含まれ細菌の細胞壁を分解する酵素は「アミラーゼ」ではなく「リゾチーム」です。さらに、細菌の細胞壁の主成分は「セルロース（植物の細胞壁）」ではなく「ペプチドグリカン」です！
• ⭕ ②・③・④・⑤ はすべて正しい物理的・化学的防御の記述です。
• 🚨 ⑥ 誤り（選ぶ！）：皮脂腺から分泌される皮脂（脂肪酸）や汗（乳酸）などにより、皮膚表面は「弱アルカリ性」ではなく「弱酸性（pH 4.5〜6.0程度）」に保たれることで病原体の繁殖を防いでいます！

すべての血球（B細胞やT細胞などのリンパ球を含む）は、④ 骨髄（Bone marrow）にある造血幹細胞からつくられます。その後、B細胞はそのまま骨髄で成熟しますが、T細胞は③ 胸腺（Thymus）へ移動して分化・成熟します。

Step 1「組換えが起こらない」＝ 6つの遺伝子座を1本の染色体（塊）として扱える！

6つのMHC遺伝子座は同じ染色体（ヒトでは第6染色体）上に強く連鎖しており、組換えが起こらないため、6個の遺伝子はバラバラにならず、1本の染色体まるごと1セットとして親から子へ受け継がれます。

• 父親がもつ1対の染色体のMHC遺伝子セットを $\text{A}$ と $\text{B}$ とします。
• 母親がもつ1対の染色体のMHC遺伝子セットを $\text{C}$ と $\text{D}$ とします（両親で互いにすべて異なり、ホモ接合体ではないため $\text{A}, \text{B}, \text{C}, \text{D}$ はすべて異なるセットです）。

Step 22人の子のMHCが一致する確率を計算する！

子どもは父から $\text{A}$ または $\text{B}$ のいずれか1本（確率 $\dfrac{1}{2}$）、母から $\text{C}$ または $\text{D}$ のいずれか1本（確率 $\dfrac{1}{2}$）を受け継ぐため、子どもの遺伝子型は $\text{AC}, \text{AD}, \text{BC}, \text{BD}$ の4通りがそれぞれ等確率（$\dfrac{1}{4}$ ずつ）で生じます。

1人目の子がこの4通りのうちどの型になったとしても、2人目の子が1人目の子とまったく同じ染色体の組合せを受け継ぐ確率は $\dfrac{1}{4}$ です（例：$\left(\dfrac{1}{4}\right)^2 \times 4\text{通り} = \dfrac{1}{4}$）。

$$\frac{1}{4} \times 100 = 25\%$$

Step 1H鎖（重鎖）の可変部の組み合わせ数を計算する！

H鎖は $\text{V}_H$（$100$個）、$\text{D}_H$（$25$個）、$\text{J}_H$（$4$個）から1つずつ選ばれるので、H鎖の組み合わせ数は、

$$\text{H鎖の通り数} = 100 \times 25 \times 4 = 100 \times 100 = 10,000\text{ 通り（}1\text{万通り）}$$

Step 2L鎖（軽鎖）の可変部の組み合わせ数を $x$ を使って表す！

求めるL鎖の $\text{J}$ 断片の数を $x$ 個とすると、L鎖は $\text{V}_L$（$100$個）と $\text{J}_L$（$x$ 個）から1つずつ選ばれるので、

$$\text{L鎖の通り数} = 100 \times x\text{ 通り}$$

Step 3抗体全体の組み合わせ数（H鎖 $\times$ L鎖 ＝ $600$万通り）から $x$ を求める！

1つの抗体（免疫グロブリン）はH鎖とL鎖の組み合わせで決まるので、

$$(\text{H鎖の通り数}) \times (\text{L鎖の通り数}) = 6,000,000\text{（}600\text{万）}$$

$$10,000 \times (100 \times x) = 6,000,000$$

$$1,000,000 \times x = 6,000,000 \implies x = 6\text{（個）}$$

設問の指示「解答が $1$個のような場合は、0 1 個としてマークしなさい」に従い、$06$ とマークします！