細胞生物学：解説つき練習問題

1細胞とは何か

細胞は、生命の最小単位です。細胞説は、すべての生物は細胞でできていて、どの細胞も既存の細胞から生じると述べています。

大きく 2 つのタイプがあります。

• 細菌などの原核細胞は、小さくて単純です。DNA は細胞内にゆるく存在し、核も、膜で包まれたほかの細胞小器官もありません。
• 動物、植物、菌類の細胞などの真核細胞は、より大きいです。DNA は核の中に収められ、それぞれ固有の働きをもつ小さな区画である、多くの細胞小器官があります。

植物細胞には、動物細胞にない 3 つのものがあります。セルロースでできた細胞壁、光合成のための葉緑体、そして大きな中央の液胞です。

真核細胞を工場だと考えてみましょう。核は設計図のある事務所、リボソームは機械、ミトコンドリアは発電所、膜は門です。

2細胞小器官と膜

• 1 細胞膜：タンパク質を含むリン脂質二重層。何が出入りするかを制御します。
• 2 核：DNA を保持します。内部の核小体がリボソームをつくります。
• 3 粗面小胞体：タンパク質をつくるリボソームで覆われた膜のネットワーク。リボソームのない滑面小胞体は、脂質をつくります。
• 4 ゴルジ体：タンパク質を修飾し、選別し、小胞に包みます。
• 5 ミトコンドリア：好気呼吸によって、細胞のエネルギー通貨である ATP の大部分をつくります。
• 6 リソソーム：酵素で、古くなった部品や取り込んだ物質を分解します。

物質は、さまざまな方法で膜を通過します。

• 拡散：粒子が、エネルギーを使わずに高濃度から低濃度へ移動します。O₂ や CO₂ のような小さな無極性分子は、この方法で通過します。
• 浸透：水が、溶けている粒子の多い側に向かって、膜を通って移動します。
• 促進拡散：チャネルタンパク質や輸送体タンパク質を通る拡散で、やはりエネルギーは使いません。グルコースはほとんどの細胞にこの方法で入ります。
• 能動輸送：ポンプが ATP を使って、物質を濃度勾配に逆らって移動させます。ナトリウム・カリウムポンプなどです。

3DNA、タンパク質、細胞分裂

DNA は、ヌクレオチドの 2 本の鎖からなる二重らせんです。各ヌクレオチドには、糖（デオキシリボース）、リン酸、4 種類の塩基のうちの 1 つがあります。塩基は A と T、C と G が対になります。

細胞は分裂する前に DNA を複製します。複製は半保存的です。新しい二重らせんは、それぞれ古い鎖 1 本と新しい鎖 1 本からなります。

遺伝子は、2 段階でタンパク質になります。

1. 核内での転写：RNA ポリメラーゼが遺伝子を mRNA に写し取ります。RNA にはチミンの代わりにウラシル（U）があります。
2. リボソームでの翻訳：mRNA の塩基 3 つごとのコドンが、1 つのアミノ酸を指定します。tRNA がアミノ酸を運び、鎖は折りたたまれてタンパク質になります。

細胞は 2 つの方法で分裂します。

• 体細胞分裂：1 つの細胞から、染色体の完全なセット（ヒトでは 46 本）をもつ遺伝的に同一の 2 つの細胞ができます。成長と修復に使われます。
• 減数分裂：1 つの二倍体細胞から、染色体が半分（23 本）の、遺伝的に異なる 4 つの一倍体細胞ができます。卵子と精子をつくるのに使われます。交叉と独立組み合わせが多様性を生みます。

体細胞分裂の各相は、前期、中期、後期（染色分体が引き離される）、終期で、そのあとに細胞質分裂が続きます。

4ステップごとの方法

ほとんどの問題は、構造、輸送、情報の流れ（DNA → RNA → タンパク質）、分裂という 4 つのテーマのいずれかを問います。

1. 問題のテーマと、キーワード（細胞小器官、輸送の種類、酵素、相）を見つけます。
2. それに対応する働きを、1 文で思い出します。
3. 過程なら、順番にたどります：どこで始まり、どの構造を通り、どこで終わるか。
4. 事例なら、何が変わるかを考えます：どの構造やステップが壊れ、そこから何が起こるか。
5. 似た用語を混同した選択肢を除きます：体細胞分裂と減数分裂、転写と翻訳、拡散と能動輸送。

5例題

すべてのステップをたどりましょう。開く前に次のステップを予想してみましょう。

6よくある間違い

• 体細胞分裂と減数分裂を混同すること。体細胞分裂：同一の二倍体細胞 2 つ。減数分裂：異なる一倍体細胞 4 つ。
• 転写（DNA → mRNA、核内）と翻訳（mRNA → タンパク質、リボソームで）を混同すること。
• 原核生物には DNA がないと考えること。DNA はありますが、核がありません。
• 浸透が溶質を動かすと考えること。浸透は水の移動です。
• 促進拡散を能動的と呼ぶこと。タンパク質は使いますがエネルギーは使わず、濃度勾配に従って進みます。
• DNA で A を U と対にすること。DNA では A は T と対になり、U は RNA にしかありません。

7試験問題の例

• やさしい：重要な用語と事実。細胞小器官の働き、塩基の対合、拡散や体細胞分裂とは何か、植物細胞と動物細胞の違い。
• ふつう：概念の応用。ある溶液中での浸透、体細胞分裂と減数分裂の各相、コドンと突然変異、解糖と呼吸。
• むずかしい：事例と分析。古典的な実験（メセルソン・スタール、ハーシー・チェイス）、細胞レベルで説明される病気、細胞シグナル伝達、細胞周期とがん。

事例問題では、最初に機能しなくなる構造や過程を特定します。正しい選択肢は、その機能不全の直接の結果です。