日本大学 医学部 生物（2025年度 N1）全問題・超図解解説

• × a（誤り）：ある光の強さを超えて光合成速度がそれ以上増えなくなるときの光の強さは「光飽和点」です。「光補償点」とは、呼吸速度と光合成速度が等しくなり、見かけの光合成速度が $0$ になる光の強さのことです。
• ○ b（正しい）：チラコイド膜での光化学反応および電子伝達・光リン酸化によって $\text{NADPH}$ と $\text{ATP}$ が生産され、ストロマでのカルビン回路（二酸化炭素の固定・還元）に使われます。
• ○ c（正しい）：クロロフィル $a$ は葉緑体のチラコイド膜に存在し、吸収スペクトルにおいて青紫色（波長 $400\sim 450\text{ nm}$ 付近）と赤色（波長 $650\sim 680\text{ nm}$ 付近）の光をよく吸収します（緑色の光はあまり吸収せず反射・透過するため緑色に見えます）。
• × d（誤り）：緑色硫黄細菌や紅色硫黄細菌などの光合成細菌は、バクテリオクロロフィルをもちますが、電子供与体として「水（$\text{H}_2\text{O}$）」ではなく「硫化水素（$\text{H}_2\text{S}$）」や水素などを用います（したがって酸素 $\text{O}_2$ を発生しません）。
• ○ e（正しい）：シアノバクテリア（ラン藻）は原核生物ですが、葉緑体の起源となった生物であり、光合成色素としてクロロフィル $a$ をもち、水（$\text{H}_2\text{O}$）と二酸化炭素（$\text{CO}_2$）から炭水化物を合成し、酸素を発生します。
• × f（誤り）：$\text{C}_4$ 植物において、葉肉細胞に取り込まれた $\text{CO}_2$（$\text{HCO}_3^-$）が最初に結合する相手は、炭素数3（$\text{C}_3$）のホスホエノールピルビン酸（PEP）です（PEPカルボキシラーゼの働きで $\text{C}_4$ 化合物のオキサロ酢酸になります）。しかもこの反応は葉肉細胞の「葉緑体」ではなく「細胞質基質」で行われます。

光を遮断すると、チラコイドでの光化学反応が止まり、$\text{NADPH}$ と $\text{ATP}$ の供給がストップします。
すると、カルビン回路において「$\text{C}_3$ 化合物（PGA）$\rightarrow$ $\text{C}_5$ 化合物（RuBP）」への還元・再生反応が止まります。一方で $\text{CO}_2$ は十分にあるため、「$\text{C}_5 + \text{CO}_2 \rightarrow 2\text{C}_3$」の反応はしばらく進みます。
その結果、$\text{C}_3$ 化合物（実線）は消費されずに蓄積して増加し、逆に$\text{C}_5$ 化合物（破線）は消費される一方で再生されないため急減し、ほぼ $0$（底）まで下がります。
（※グラフ b は破線 $\text{C}_5$ が元の高さに戻っているため誤り。破線 $\text{C}_5$ が底まで下がり、実線 $\text{C}_3$ が高い値に保たれている a が正解です！）

$\text{CO}_2$ がなくなると、「$\text{C}_5$ 化合物 $+\text{CO}_2 \rightarrow \text{C}_3$ 化合物」の炭酸固定反応がストップします。一方で光は当たっているため、$\text{NADPH}$ と $\text{ATP}$ によって「$\text{C}_3$ 化合物 $\rightarrow$ $\text{C}_5$ 化合物」の再生反応は進みます。
その結果、$\text{C}_5$ 化合物（破線）は使われずに蓄積して増加し、$\text{C}_3$ 化合物（実線）は作られずに消費されるため急減し、ほぼ $0$（底）まで下がります。
（※グラフ h は実線 $\text{C}_3$ と破線 $\text{C}_5$ の両方が増えているため誤り。破線 $\text{C}_5$ が急増したのち元の量より高い位置で安定し、実線 $\text{C}_3$ が底まで下がっている g が正解です！）

• × a・b（誤り）：光化学系 I・II における光化学反応そのものは光エネルギーによる励起反応なので温度や $\text{CO}_2$ 濃度の直接の影響を受けません（光化学系 I だけ・II だけといった違いはありません）。
• × c（誤り）：光化学系 I も光化学系 II も、ともに主にクロロフィル（クロロフィル $a$・$b$）および補助色素のカロテノイドが光エネルギーを吸収します。
• × d（誤り）：逆です！先に行われる光化学系 II で水の分解（$2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{O}_2 + 4\text{H}^+ + 4\text{e}^-$）が行われ、後に行われる光化学系 I で $\text{NADP}^+$ が還元されて還元型の補酵素（$\text{NADPH}$）が作られます。
• ○ e（正しい）：光化学系 I（反応中心クロロフィル P700）と光化学系 II（反応中心クロロフィル P680）が光エネルギーを吸収すると、ともに反応中心クロロフィルから高エネルギーの電子（$\text{e}^-$）が放出されます。
• × f（誤り）：これも番号が逆です！光化学系 II から放出された電子が電子伝達系を経て光化学系 I へと移動し、その際にストロマからチラコイド内腔へ $\text{H}^+$ が能動輸送され、生じた $\text{H}^+$ 濃度勾配を利用して $\text{ATP}$ が合成されます。

葉緑体のチラコイド膜にある $\text{ATP}$ 合成酵素は、チラコイド内腔（内側）からストロマ側（外側）へ $\text{H}^+$（水素イオン）が拡散・流出するときに、外側（ストロマ側＝溶液 Y 側）で $\text{ADP}$ とリン酸から $\text{ATP}$ を合成します。
したがって、$\text{ATP}$ の材料である「$\text{ADP}$＋リン酸」は外側の溶液 Y に入っていなければなりません。

内側から外側へ $\text{H}^+$ が勢いよく流れるためには、内側（溶液 X）の $\text{H}^+$ 濃度が最も高く（＝pH が最も小さく：$\text{pH } 4$）、外側（溶液 Y）の $\text{H}^+$ 濃度が最も低く（＝pH が最も大きく：$\text{pH } 8$）なっており、内外の pH 差が最大（$\Delta \text{pH} = 8 - 4 = 4$、$\text{H}^+$ 濃度差 $10^4$ 倍）である必要があります。

• × a・b（誤り）：PCRの各操作温度（約 $95^\circ\text{C} \rightarrow 55\sim 60^\circ\text{C} \rightarrow 72^\circ\text{C}$）をすべて $10^\circ\text{C}$ 下げると、$85^\circ\text{C}$ では二本鎖DNAの熱変性が不十分になったり、プライマーの非特異的結合が起きたりして正常な増幅が阻害されます。また、増幅されるDNAの長さは2種類のプライマーが結合する位置の間隔によって決まるため、温度を下げても $10\%$ 短くなったりしません。
• × c（誤り）：相補的な塩基と塩基の結合は弱い「水素結合」です。PCRのステップ1（約 $95^\circ\text{C}$ の高温処理）のたびに水素結合は切断されて一本鎖に解離するため、反応の過程を通して安定ではありません。
• ○ d（正しい）：DNA鎖の骨格をなす「糖（デオキシリボース）とリン酸の結合（ホスホジエステル結合）」は強固な共有結合であるため、$95^\circ\text{C}$ の高温処理でも切れず、反応の過程を通して安定です。
• × e（誤り）：材料である dNTP（デオキシリボヌクレオシド三リン酸）には高エネルギーリン酸結合がありますが、DNAポリメラーゼによって重合して「合成されたDNA鎖」の中には高エネルギーリン酸結合は存在しません（ピロリン酸が外れて通常のリン酸ジエステル結合になります）。
• ○ f（正しい）：PCRで用いる耐熱性DNAポリメラーゼ（Taqポリメラーゼなど）はタンパク質であり、アミノ酸同士がペプチド結合（共有結合）でつながっています。また熱変性にも耐えるため、反応の過程を通して安定です。

PCRでは、2本のプライマーが「互いに向かい合って（内向きに）」伸長しなければ、その間の領域を増幅できません。
いま、示されているDNA鎖（上鎖：$5'\rightarrow 3'$）と、省略されている相補鎖（下鎖：$3'\rightarrow 5'$）を考えます。

• 【パターンA】左（$5'$側）がプライマーX、右（$3'$側）がプライマーYの逆相補鎖のとき：
  ・左端（Xそのまま）：5'-GACACCCCTT-3'
  ・右端（Y 5'-CTCAAAAAGG-3' を右から相補にしたもの）：
  　3'-GAGTTTTTCC-5' を $5'\rightarrow 3'$ の向きに書くと 5'-CCTTTTTGAG-3'
• 【パターンB】左（$5'$側）がプライマーY、右（$3'$側）がプライマーXの逆相補鎖のとき：
  ・左端（Yそのまま）：5'-CTCAAAAAGG-3'
  ・右端（X 5'-GACACCCCTT-3' を右から相補にしたもの）：
  　3'-CTGTGGGGAA-5' を $5'\rightarrow 3'$ の向きに書くと 5'-AAGGGGTGTC-3'

• ○ a：左側に GACACCCCTT（Xそのまま）、右側に CCTTTTTGAG（Yの逆相補配列）がバッチリ存在します！両プライマーが内向き（$\rightarrow \quad \leftarrow$）に伸長するため増幅できます！
• × b：左側に Yそのまま（CTCAAAAAGG）、右側にも Xそのまま（GACACCCCTT）が入っています。これだと両方とも下鎖に結合して同じ方向（$\rightarrow \quad \rightarrow$）にしか進まず、増幅できません。
• × c：左側の CTGTGGGGAA は Xを逆向きにせずそのまま相補にしただけ（$5'\rightarrow 3'$ の向きが逆）なので結合できません。
• × d：左側に Yの逆相補（CCTTTTTGAG）、右側に Xそのまま（GACACCCCTT）があるため、プライマーが外向き（$\leftarrow \quad \rightarrow$）に伸びてしまい、間の領域を増幅できません！
• × e：左側に Yそのまま（CTCAAAAAGG）があり、右側に AAGGGGTGTC（Xの逆相補）があるように見えますが、よく見るとeの右側は「CGTAAGGGGTGTCAC-3'」であり、Aが1個足りず（AAGGGGTGTC の先頭のAがGになっている：TAAGGGGTGTC）、1塩基ミスマッチしています！（※超精巧なひっかけです！aは10塩基完全一致します）。
• × f：左側の向きが逆です。

求めるのは「DNA鎖 Z」の塩基配列なので、RNA特有の塩基である U を含む ②・④・⑥・⑧ は即座に除外できます。

電気泳動では、短いDNA断片ほど速く移動して泳動方向の先（図の右側）にいきます。
また、DNAの合成は常にプライマーの $5'$ 側から $3'$ 側へ向かって伸びていくため、一番短い断片（一番右のバンド）が合成鎖の $5'$ 末端側、一番長い断片（一番左のバンド）が合成鎖の $3'$ 末端側になります。
図2のバンドを左（長い：$3'$ 側）から右（短い：$5'$ 側）へ順に読むと：
合成鎖 ： 3'- G - A - A - G - T - C - A - C - A - T - A - C -5'

問題で聞かれているのは「合成された鎖」ではなく、鋳型である「DNA鎖 Z」の配列です！
合成鎖が 3'-GAAGTCACATAC-5' なので、これと相補的な鋳型DNA鎖 Z は、左が $5'$ 末端、右が $3'$ 末端となり、各塩基を相補的な塩基（$\text{G}\leftrightarrow\text{C}$, $\text{A}\leftrightarrow\text{T}$）に置き換えると：
DNA鎖 Z ： 5'- C A T A C A C T G A A G -3'

• ○ a（正しい）：両生類の未受精卵では、精子は動物極側から侵入します。すると表層回転が起こり、精子侵入点の反対側に灰色三日月環（または背側決定領域）が形成され、そこが将来の背側（原口背唇部ができる側）となります。
• × b（誤り）：卵割では $\text{G}_1$ 期・$\text{G}_2$ 期がほとんどなく細胞の成長を伴わずに同調的な分裂が繰り返されますが、$\text{S}$ 期における DNA の複製は分裂のたびに必ず行われます（複製しないと体細胞の染色体数がどんどん減ってしまいます）。
• × c（誤り）：ウニは胞胚期にふ化しますが、両生類（イモリ・カエル）は神経胚期・尾芽胚期を過ぎて幼生になってからふ化します。
• × d（誤り）：第3卵割（緯割）は卵黄の少ない動物極側に偏って起こる（不等割）ため、8細胞期では動物極側の4個の割球が小さく、植物極側の4個の割球が大きくなります。
• × e（誤り）：植物極側には大きな卵黄を含む割球が集まるため、胞胚腔は動物極側に偏って生じます。
• ○ f（正しい）：両生類（脊椎動物）や棘皮動物（ウニ）は新口動物（後口動物）であり、原口が将来の肛門（またはその付近）になります。

上の対応表のとおり、図1の中胚葉領域は腹側から背側（原口側）に向かって C（側板＝カ）、D（体節＝オ）、E（脊索＝ウ） です。
選択肢①〜⑥を見ると、④「D - オ（体節）」が正しく対応しています。

胞胚期（初期原腸胚期）において、外胚葉である A（予定表皮域）や B（予定神経域）はまだ発生運命が決定していません。
そのため、図1の A（予定表皮域）の一部を切り出して B（予定神経域）に移植すると、原腸陥入によって B 領域の裏側に回り込んでくる形成体（オーガナイザー）である E（予定脊索域／原口背唇部）からの神経誘導を受け、周囲の B 領域と同じように「神経（神経管）」へと分化します（場所なりの発生）。

• × a（誤り）：抗体（免疫グロブリン）は巨大なタンパク質であり、生きた細胞の細胞膜を通過して細胞内部に入ることはできません。培養液に加えた抗体は細胞外（細胞膜の表面）からカドヘリンに結合し、カドヘリン同士の接着を物理的に阻害したと考えられます。
• × b（誤り）：$\text{Ca}^{2+}$ は体液（細胞外液）中に常に存在しており、ア（表皮）の E型カドヘリンもイ（神経管）の N型カドヘリンもともに $\text{Ca}^{2+}$ の存在下で働きます。将来イとなる細胞のみから $\text{Ca}^{2+}$ が分泌されるわけではありません。
• ○ c（正しい）：カドヘリンは隣り合う細胞同士を結合させる膜貫通タンパク質であり、かつ＜実験2＞で培養液（細胞外）に加えた抗体が結合して接着を阻害したことから、カドヘリンの細胞接着に関わる部分は細胞膜の表面（細胞外）に露出していると判断できます。
• × d（誤り）：＜実験1＞・＜実験3＞より、$\text{Ca}^{2+}$ が存在するときに接着し、存在しないときに接着しなかったため、$\text{Ca}^{2+}$ はカドヘリン同士の結合に必須（促進・維持するはたらき）であり、阻害するはたらきではありません。
• × e（誤り）：この実験では細胞 Z に E型または N型を発現させただけであり、生体内の細胞が複数のカドヘリンを発現することもあるため、「必ず一種類のみである」とは結論づけられません。

• ○ a（正しい）：過敏な免疫反応によって生体に不利益な症状が出る現象をアレルギー、その原因物質をアレルゲンといいます。
• × b（誤り）：アナフィラキシーショックでは、全身の血管が拡張して血漿成分が漏出するため、急激な「血圧の低下」や呼吸困難などを引き起こします（「血圧の上昇」が誤り。その治療としてアドレナリン＝エピペンを注射して血圧を上昇させます）。
• × c（誤り）：花粉症（I型アレルギー）において、IgE抗体を介してヒスタミンを分泌するのは「B細胞」ではなく「マスト細胞（肥満細胞）」（や好塩基球）です。
• × d（誤り）：HIV（ヒト免疫不全ウイルス）は逆転写酵素をもつ「RNAウイルス（レトロウイルス）」であり、RNAを遺伝物質とするため非常に変異しやすい特徴があります。
• × e（誤り）：HIVが感染・破壊するのは「B細胞」ではなく「ヘルパーT細胞」（やマクロファージ・樹状細胞）です。
• ○ f（正しい）：AIDSによって免疫機能が低下すると、健康な人なら発病しないような弱毒の病原体に感染して発病する日和見感染を起こします。

• [ ア ] アセチルコリン：骨格筋の運動神経終末（神経筋接合部）から放出される神経伝達物質はアセチルコリンです。重症筋無力症では、筋細胞膜上のアセチルコリン受容体に対する自己抗体が作られ、受容体が塞がれてしまいます。
• [ イ ] 分解：シナプス間隙でのアセチルコリンの濃度を高めて残存する受容体への結合を促すため、アセチルコリンを分解する酵素（アセチルコリンエステラーゼ＝分解酵素）の阻害剤を投与して症状を軽減します。
• [ ウ ] I型糖尿病：すい臓のランゲルハンス島 B（$\beta$）細胞が自己のキラーT細胞等によって破壊されるI型糖尿病は代表的な自己免疫疾患です（※鎌状赤血球貧血症はヘモグロビン遺伝子の点突然変異による遺伝病です）。

もし抗原 P と抗原 Q が「同じ構造の抗体結合部位（エピトープ）」をもっていれば、1種類の抗体が両方の抗原を同じ位置でせき止めるため、2本の沈降線は交差せずに山型（逆V字型）に完全融合します。
しかし図2では、2本の沈降線が融合せずにお互いを突き抜けてX字状に交差しています。これは、抗P抗体は抗原 Q に邪魔されずに進み、抗Q抗体は抗原 P に邪魔されずに進んだことを意味します。
したがって、b「抗原 P と抗原 Q には構造が異なる抗体結合部位が含まれる」、かつ d「血清 R には（抗P抗体と抗Q抗体の）少なくとも2種類の抗体が含まれる」が正しい記述です。

• a（抗原 Y：ウサギのアルブミン）：沈降線はできない（×）
  血清 X は「ウサギ」の体内で作られた血清です。ウサギ自身のタンパク質であるウサギのアルブミン（自己抗原）に対しては免疫寛容が成立しているため、抗体は作られず沈降線は生じません。
• b（抗原 Z：ヒツジのアルブミン）：沈降線ができる（○）
  ウサギに注射した抗原そのものなので、抗ヒツジアルブミン抗体と強く反応して b に沈降線が現れます。
• c（抗原 W：ウシのアルブミン）：沈降線ができる（○）
  ヒツジとウシはともに哺乳綱・鯨偶蹄目（ウシ科）の非常に近縁な動物であるため、アルブミンのアミノ酸配列や立体構造が似ており、共通の抗体結合部位（エピトープ）を一部共有しています。そのため、抗ヒツジ抗体がウシのアルブミンとも反応する交差反応が起こり、c にも沈降線が現れます。

生物量はそれほど多くないにもかかわらず、生態系全体のバランスや種多様性の維持に決定的な影響を与えている種をキーストーン種（要石種）といいます。
代表的な例として、ペインが行った潮間帯のヒトデの除去実験のほか、北太平洋沿岸におけるラッコ（ウニを捕食してコンブ（ジャイアントケルプ）の群落を守る）が挙げられます。ラッコが乱獲などで減少すると、ウニが爆発的に増えてコンブを食べ尽くし、磯焼けが起きて生態系が崩壊します。したがって、これらに対応する選択肢 ④ が正解です。

• ③ セイヨウタンポポ（正解 ○）：ヨーロッパ原産の外来植物です。単為生殖（無融合生殖）によって単独でも種子を作れるだけでなく、二倍体や三倍体の個体が日本の在来タンポポ（カンサイタンポポやカントウタンポポなど）に花粉を渡して受粉し、雑種タンポポ（雑種個体）を作ることで深刻な遺伝子汚染を引き起こしています。
• ④ タイワンザル（×）：ニホンザルと交雑して遺伝子汚染を引き起こす特定外来生物ですが、設問で「植物」と指定されているため不適です。
• ① オオキンケイギク・② セイタカアワダチソウ・⑤ ホテイアオイ（×）：旺盛な繁殖力やアレロパシー物質の放出などによって在来植物を駆逐しますが、在来種との交雑（遺伝子汚染）が主たる問題ではありません。