久留米大学 医学部 生物（2025年度）全問題・超図解解説

STEP 1真核生物の遺伝子発現プロセスを確認する
真核生物の核内にあるゲノムDNAの遺伝子領域には、アミノ酸配列を指定するエキソンと、翻訳されない介在配列であるイントロンの両方が含まれています。

STEP 2mRNAとcDNAの構造を導く
ゲノムDNAから転写されたmRNA前駆体は、核内でスプライシングを受けてイントロンが取り除かれ、エキソンのみが連結した成熟mRNAになります。cDNAはこの成熟mRNAを鋳型として逆転写酵素で合成されるため、「イントロンを含まず（持たず）、エキソンのみからなる」という特徴を持ちます（また、プロモーターやエンハンサーなどの転写調節領域も含みません）。

STEP 1細胞内のRNAの種類とmRNA固有の構造を考える
細胞から抽出した全RNA（total RNA）の大部分（約80〜90%）はrRNA（リボソームRNA）やtRNA（運搬RNA）であり、mRNAは数%しかありません。しかし、真核生物の成熟mRNAには、転写後の修飾として3'末端にアデニン（A）が多数（数十〜数百個）連続した「ポリA尾部（ポリAテール）」が付加されるという固有の特徴があります。

STEP 2相補的に結合するDNAプライマーの塩基配列を答える
逆転写反応で作るのはDNA（cDNA）なので、用いるプライマーも1本鎖DNAです。mRNAのポリA尾部（AAAAA…）と相補的に水素結合するDNA塩基はチミン（T）です（ウラシルUではない点に注意！）。したがって、「チミン（T）が連続した配列（オリゴdTプライマー）」を用いれば、mRNAのポリA尾部に特異的に結合してmRNAのみを鋳型としてcDNAを合成できます。

STEP 1全選択肢(A)〜(J)を1つずつ徹底検証する！

• (A) ×：cDNA自体もDNAなので、DNA分解酵素（DNase）で処理すると肝心のcDNAまで分解されてしまい、何も増幅されなくなります。
• (B) ×：RNA分解酵素（RNase）でRNAを分解しても、すでに混入している「ゲノムDNA」は分解されないため、ゲノムDNA由来かcDNA由来かの区別はできません。
• (C) ○（有効！）：これは実験で必須の「逆転写酵素マイナス対照（RT(-)コントロール）」です！逆転写酵素を入れなければmRNAからcDNAは絶対に作られません。もしこの試料でPCRを行ってバンドが出たなら「ゲノムDNAが混入していた」と分かり、バンドが出なければ「本番のバンドは100% cDNA由来である」と証明できます。
• (D)・(E) ×：サイクル数を変えても増幅量が変わるだけで、鋳型がゲノムDNAかcDNAかは区別できません（同じエキソン内プライマーなら同じ長さの産物が増えるため）。
• (F) ×：片側のプライマーだけではPCR（指数関数的増幅）自体が起こりません。
• (G) ○（有効！）：2つのプライマーをイントロンをはさむように（別々のエキソン上に）設計すると、ゲノムDNAを鋳型にした場合は「イントロンを含む長いDNA断片」が増幅され、cDNAを鋳型にした場合は「イントロンを含まない短いDNA断片」が増幅されます。電気泳動のバンドの位置（長さ）の違いで明確に判定できます！
• (H) ○（有効！）：プライマーの配列を「連続する2つのエキソンの境界（ジャンクション）にまたがるように」設計すると、スプライシング後のcDNAにはエキソン同士が直結しているためプライマーが結合できますが、ゲノムDNAでは間にイントロンが割り込んでいるためプライマーが結合できず、cDNAのみを選択的に増幅できます！
• (I)・(J) ×：アニーリング温度はプライマーの結合特異性に関わりますが、ゲノムDNAとcDNAのエキソン配列は全く同じなので、温度を変えても両者は区別できません。

STEP 1手順(2)と手順(3)の役割のつながりを考える
・手順(2)：RNA試料にDNA分解酵素（DNase：タンパク質）を加えて、混入したゲノムDNAを分解します。
・手順(3)：タンパク質変性処理を行い、RNA試料を精製します。この操作の目的は、手順(2)で加えた「DNA分解酵素（DNase）」を変性させて失活・除去することです！

STEP 2手順(3)を飛ばして手順(4)に進むと何が起きるか？
手順(3)を行わないと、試料中に活性を持ったままのDNA分解酵素（DNase）が残存します。そのまま手順(4)で逆転写反応を行うと、合成されたcDNA（およびDNAであるプライマー）がDNA分解酵素によって片っ端から分解されてしまいます！その結果、手順(5)のPCRで鋳型となるcDNAが存在しないため増幅は起こらず、手順(6)の電気泳動ではバンドは見られなくなります。

STEP 1ハウスキーピング遺伝子（内部標準）とは何か？
アクチン（$\beta$-アクチン）やGAPDH（グリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素）など、細胞の生存・維持に不可欠な機能を持ち、「どの組織や細胞でも（細胞の種類や環境条件によらず）常に一定量発現（転写）している遺伝子」をハウスキーピング遺伝子と呼びます。

STEP 2なぜポジティブコントロール（陽性対照）になるのか？
目的の遺伝子のバンドが出なかったとき、「その組織で本当に発現していなかった」のか、「RNA抽出や逆転写反応に失敗した」のかを区別する必要があります。どの組織・細胞でも常に一定量発現しているハウスキーピング遺伝子がしっかり増幅されていれば、「実験操作は正常に行われていた」と確認できます。

STEP 1「RNAを鋳型としてcDNAを作り、PCRで増幅する」必要があるものを選ぶ！

• (A) ○（RT-PCRを用いる！）：コロナウイルス（SARS-CoV-2など）はゲノムとしてRNAをもつRNAウイルスです。そのため、ウイルスRNAを逆転写（RT）してcDNAにしてからPCRで増幅するRT-PCR検査が行われます。
• (B) ×：親子のDNA型鑑定（STR解析など）は、核内のゲノムDNA（イントロンや非コード領域の反復配列）を直接鋳型にして通常のPCRを行います。
• (C) ○（RT-PCRを用いる！）：原核生物である大腸菌はスプライシング機構を持たないため、イントロンを含むヒトのゲノムDNAをそのまま導入しても正しいヒトタンパク質を合成できません。そこで、ヒトのmRNAからRT-PCRによってイントロンを含まないcDNAを合成・増幅し、それをプラスミドに組み込んで大腸菌に導入します！
• (D) ×：メタゲノム解析は、環境中（土壌や腸内など）の微生物群集からゲノムDNAを直接抽出して塩基配列を解析する手法です。
• (E) ×：DNAマイクロアレイ解析では、mRNAから逆転写によって蛍光標識したcDNAを合成して基板上のプローブとハイブリダイゼーションさせますが、数万種類の遺伝子の発現量を網羅的に比較するため、特定遺伝子のみを増幅するPCR（RT-PCR）ではなく逆転写（RT）反応のみ（またはin vitro転写）で標識プローブを作製するのが基本です。
• (F) ×：遺伝病の原因となるSNP（一塩基多型）はエクソンだけでなくイントロンやプロモーター領域などのゲノムDNA全体にわたって存在するため、ゲノムDNAを直接用いてPCRやシークエンスを行います。

STEP 15つの感覚細胞の適刺激・構造・分布を整理する

• (ア) 化学物質が結合する受容体（化学受容器）：気体の化学物質を受容する(B) 嗅細胞と、液体の化学物質を受容する(E) 味細胞の2つです！
• (イ) 振動により曲がる感覚毛（機械受容器）：音波による基底膜の振動でおおい膜と触れ合い、感覚毛（聴毛）が曲がることで興奮するのは(A) 聴細胞（有毛細胞）です。（※嗅細胞にあるのは「嗅毛」で、化学物質を受容するための構造であり振動で曲がるものではありません）。
• (ウ) 細胞内にロドプシンを含む：薄暗いところで働く視物質ロドプシンを含むのは(C) 桿体細胞です（錐体細胞が含むのはフォトプシン／ヨードプシン）。
• (エ) うずまき管内のコルチ器に分布する：内耳のうずまき管の基底膜上にあるコルチ器に並ぶのは(A) 聴細胞です。
• (オ) 網膜の中央部の黄斑に多く分布する：明所で色彩や形を鮮明に見分ける黄斑（中心窩）に密集しているのは(D) 錐体細胞です（桿体細胞は黄斑の周辺部に多く分布します）。

STEP 1眼の構造名称 (A)〜(C) を確定する
レンズの役割をする(A) 水晶体の前方には、ドーナツ状の膜である(B) 虹彩があり、その中央の穴である(C) 瞳孔の大きさを変えて光量を調節しています。

STEP 2明所と暗所の自律神経と瞳孔変化 (D)〜(I) を確定する
・明所：中脳から出る(D) 副交感神経が働き、虹彩の輪状に走る筋肉（瞳孔括約筋：巾着袋の紐と同じ！）が収縮して、瞳孔を(E) 縮小させ、眼に入る光量を(F) 減少させます。
・暗所：脊髄から出る(G) 交感神経が働き、虹彩の放射状に走る筋肉（瞳孔散大筋：外側から引っ張るゴムと同じ！）が収縮して、瞳孔を(H) 拡大させ、眼に入る光量を(I) 増加させます。

STEP 1体循環（左心室）と肺循環（右心室）の役割の違いを考える
右心室はすぐ隣の「肺」にのみ血液を送り出す（肺循環）のに対し、左心室は大動脈を通じて「全身の隅々」まで血液を送り出す（体循環）必要があります。

STEP 2心室壁（心筋）の厚さと収縮力の関係を25字以内でまとめる
全身の血管抵抗に打ち勝って高い圧力で全身へ血液を送り出すため、左心室壁は心筋が発達して厚くなっており、強い収縮力を生み出す（発揮する）という関係があります。

問2の解説ペースメーカー（洞房結節）の位置
心臓の拍動リズムを自動的に作り出すペースメーカーである洞房結節は、大静脈が流れ込む部屋である「右心房」の上壁に存在します（設問は「心臓の4つの部屋のうちのどれか」と聞いているので「洞房結節」ではなく「右心房」と答えます！）。

問3の解説心音Iと心音IIが発生するタイミングと閉じる弁
・心音I（タイミング2の直後）：心室が収縮を始めて心室圧 ＞ 心房圧となった瞬間に、血液が心房へ逆流するのを防ぐために「房室弁」が閉じるときに生じる音です。
・心音II（タイミング4の直後）：心室が弛緩を始めて心室圧 ＜ 大動脈圧となった瞬間に、大動脈から心室へ血液が逆流するのを防ぐために「動脈弁（大動脈弁・肺動脈弁）」が閉じるときに生じる音です（リード文第2段落に「心房と心室の間に房室弁、心室と動脈の間に動脈弁があり」と明記されているため、リード文の表記に合わせて答えましょう）。

STEP 1タイミング2〜3（等容性収縮期）からタイミング3〜4（駆出期）への変化を追う
・タイミング2〜3の間は、房室弁も動脈弁も閉じた状態で左心室が収縮し、左心室の容積は変わらずに内圧だけが急上昇しています（等容性収縮期）。
・タイミング3に達すると、左心室の内圧が大動脈の内圧（約80 mmHg）と等しくなり、その直後に左心室の内圧 ＞ 大動脈の内圧となります。

STEP 2「弁の変化」と「血液の流れの変化」の2要素を漏らさず記述する
1. 心臓の弁の変化：左心室圧が大動脈圧を上回るため、閉じていた動脈弁が開く（房室弁は閉じたまま）。
2. 血液の流れの変化：左心室から大動脈へと血液が（急速に）送り出される（流出する）ようになる（その結果、図3の心室容積が130 mLから50 mLへと急減しています）。

STEP 1図4のTLCバンドから各生物（A〜E）の色素構成を読み取る
・すべての生物（A〜E）に共通する上2本のバンド（Rf値 $0.97$ と $0.77$）はカロテンとクロロフィル $a$ です。
・B（シアノバクテリア）は、上2本と最下部のRf値 $0.01$（フィコビリン）の計3本しか持っていません。系統樹で最も早く分岐した「エ」が B（シアノバクテリア）です！
・その後、(a) キサントフィル（Rf値 $0.65$：B以外のA, C, D, Eすべてが持つ中段のバンド）を獲得し、そこから分岐してフィコビリンをまだ保持している「ア」が E（紅藻）です！

STEP 2フィコビリンの喪失と、緑藻・褐藻への分岐を特定する
・紅藻（ア）が分岐した後、A（種子植物）・C（緑藻）・D（褐藻）の共通祖先で Rf値 $0.01$ のバンドが消えているので、(b) フィコビリン の喪失が起こっています。
・その後、種子植物と同じ枝に分かれて Rf値 $0.68$ のバンドを獲得しているグループが(c) クロロフィル $b$ の獲得であり、種子植物とペアになっている「イ」が C（緑藻）です！
・もう一方の枝に分かれて Rf値 $0.14$（およびフコキサンチン $0.57$）を獲得しているのが「ウ」＝ D（褐藻）であり、選択肢にある色素から選ぶと(d) クロロフィル $c$ の獲得となります！

STEP 1色素の種類から「共生した藻類」を特定する
ミドリムシの葉緑体に含まれる光合成色素は「種子植物と同じ（クロロフィル $a, b$ などを有し、フィコビリンを持たない）」です。単細胞あるいは微小な真核藻類で種子植物と同じ色素構成をもつのは「緑藻」です。

STEP 23重膜になった理由（二次共生）を50字以内でまとめる
もともと葉緑体をもたないミドリムシの祖先（真核生物）が、すでに一次共生によって2重膜の葉緑体をもっていた緑藻を細胞内に取り込んで共生（二次共生）させ、緑藻の核や細胞膜などが退化・消失した結果、3枚の膜をもつ葉緑体として定着したと考えられます。