第3章「生物の体内環境」

「高校生物基礎」ホルモンの分泌とフィードバック調節の問題の解き方

今回は、「生物基礎」の第3章“生物の体内環境”に登場するホルモンの分泌とフィードバック調節の問題の解き方を紹介します。ポイントをわかりやすくまとめているので、フィードバック調節がわからなかった人も、これを機に学習してみましょう。

ホルモンの名前を覚えていない人に紹介したい記事

もし、ホルモンの名前をまだうろ覚えなのであれば、先にホルモンの名前と働きの勉強から始めることをおすすめします。下のリンクは、管理人が作ったホルモンの一覧表なので、よければ勉強の役に立ててください。PDFでダウンロードすることも可能です。

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演習問題

まずは演習問題として、下のスライド1にある問題を解いてみましょう。標準解答時間は20分です。解けない場合は、すぐに解説を見て解き方を確認しましょう。

スライド1:ホルモンの分泌とフィードバック調節の問題スライド1:ホルモンの分泌とフィードバック調節の問題

どうでしたか? 基本で典型的なテーマですが、難易度はそこそこあります。解けた人も解けなかった人も、解答と解説を見て、解き方を確認しましょう。

解答

解答は、次のスライド2にまとめました。チェックしてみましょう。

スライド2:ホルモンの分泌とフィードバック調節の問題の解答スライド2:ホルモンの分泌とフィードバック調節の問題の解答

では、解説に移りましょう。

解説

問1.単語を覚えていれば答えることができる基本問題!

この問題は知識問題です。単語さえ覚えていれば、悩むことはありません。

ただ、フィードバックに“正”と“負”があることを初めて知った人もいると思います。なので、正のフィードバック調節と負のフィードバックについて、次のスライド3にまとめておきました。

スライド3:正のフィードバック調節と負のフィードバック調節の違いスライド3:正のフィードバック調節と負のフィードバック調節の違い

黄色文字にしているところが重要なところです。これを機に、フィードバック調節の意味を正の場合と負の場合も合わせて覚えておきましょう。

語句を答える問題は基本中の基本なので、教科書に太文字で登場する単語は覚えておこう!また、フィードバック調節には、“正”と“負”の場合があることを知っておこう!

高校生物の第1章“細胞と分子”の“酵素”でも「フィードバック調節」という言葉が登場します。高校生物を勉強する人は、“酵素”のフィードバック調節も誤解なく学びましょう。

問2.記述問題だが、典型的な文で答えることができる!

この問題は論述問題です。「記述問題は難しい…」、と敬遠しがちですが、今回の問2は典型文で書くことのできるタイプの簡単な論述問題になります。

問題文を読み直すと、「甲状腺機能低下症の原因が脳下垂体にあるとき、考えられる障害を2つ述べよ。」というものになります。このとき答えることができるのは、問題文の通り2つしかないのです。

まず、脳下垂体前葉がどのように機能するかについて、スライド4にまとめたので見てください。

スライド4:甲状腺刺激ホルモンが分泌されるしくみスライド4:甲状腺刺激ホルモンが分泌されるしくみ

このように、脳下垂体前葉における甲状腺刺激ホルモンの分泌は、放出ホルモンが受容体に結合して起こる反応です。

では、答えの1つである“放出ホルモンの受容体の障害”について、スライド5にまとめてみます。

スライド5:受容体に異常があるとホルモンは分泌されないスライド5:受容体に異常があるとホルモンは分泌されない

次に、“甲状腺刺激ホルモンの分泌の障害”について、スライド6にまとめてみます。

スライド6:分泌の能力に異常があると、ホルモンは分泌できないスライド6:分泌の能力に異常があると、ホルモンは分泌できない

このように、ホルモンを分泌する器官の障害の多くは、“受容体の障害”と“分泌の障害”の2つを挙げることができます。このことは、知識として知っておくべきなので、今回を機に覚えておくとよいでしょう。テーマは異なりますが、糖尿病の問題でもこの考え方が必要となります。

ホルモンの器官の障害の多くは、感知する部分である“受容体の障害”と、分泌をする部分の障害の2パターンに分けられる。

問3.フィードバック調節の図を書いてチャレンジするとよい!

この問題は考察問題です。甲状腺機能低下症によってフィードバック調節が機能しなくなった場合について、考えることになります。問題と見比べやすいように、改めて問題をスライド7に載せておきます。

スライド7:問3の問題文をもう一度確認スライド7:問3の問題文をもう一度確認

では、まずそれぞれのネズミがどのような状態なのかについてまとめることから始めたいと思います。次のスライド8~スライド11は、健康なネズミと障害を持つネズミのホルモン調節をまとめたものになります。

スライド8:健康なネズミの正常なホルモン調節スライド8:健康なネズミの正常なホルモン調節

このスライド8が、正常なホルモン調節の書き方だとします。

スライド9:甲状腺に障害がある場合のホルモン調節スライド9:甲状腺に障害がある場合のホルモン調節

この場合は、甲状腺に障害があることでチロキシンの分泌が抑制されています。体液中のチロキシン濃度が低下したことから正のフィードバック調節が働き、視床下部で放出ホルモンがたくさん分泌されます。そのことにより、脳下垂体でも甲状腺刺激ホルモンがたくさん分泌されます。なお、ヨウ素が不足しているネズミについても、チロキシンを合成することができていないことから、同じように考えることができます

スライド10:脳下垂体に障害がある場合のホルモン調節スライド10:脳下垂体に障害がある場合のホルモン調節

この場合は、甲状腺刺激ホルモンの分泌が抑制されているのでチロキシンの分泌も抑制されています。体液中のチロキシン濃度が低いことから正のフィードバック調節が働き、視床下部の放出ホルモンはよりたくさん分泌されています。

スライド11:視床下部に障害がある場合のホルモン調節スライド11:視床下部に障害がある場合のホルモン調節

この場合は、視床下部から放出ホルモンが分泌されないので、そのあとのホルモンの分泌が抑制されてしまっています。また、正のフィードバック調節は機能しません。

スライドを4枚も使いましたが、正常な場合と異常な場合のホルモン調節がどのようになっているか理解できたでしょうか?この考え方ができていないと、問3を解くことはできません。わからない人は、繰り返しスライド8~11を見直してみましょう。

さて、そろそろ問題の解説に移りましょう。

まず、実験①の解答(a)~(d)についてです。この空欄には、「それぞれの原因のネズミに対して“何も操作をせずに甲状腺刺激ホルモンの血液中の濃度を測定した”結果、甲状腺刺激ホルモンの血液中の濃度が通常のネズミと比べてどうなのか。」ということを答えることになります。なので、先ほどのホルモン調節のスライドで、単に甲状腺刺激ホルモンがたくさん分泌されているものを選べばよいだけになります。画像が小さいですが、次のスライド12が4つの障害をまとめたものになるので、見てみましょう。

スライド12:障害のあるネズミのホルモン調節まとめスライド12:障害のあるネズミのホルモン調節まとめ

甲状腺刺激ホルモンの分泌が多くなっている“1.ヨウ素不足”の場合と“2.甲状腺の障害”の場合が、通常のネズミと比べて甲状腺刺激ホルモンが多くなっているので、答えとなります。

次に、実験②の解答(e)~(h)についてです。この空欄には、「それぞれの原因のネズミに対して、“放出ホルモンを投与した後、甲状腺刺激ホルモンの血液中の濃度を測定した”結果、投与前と比べて、甲状腺刺激ホルモンの濃度がどう変わるのか。」ということを答えることになります。なので、放出ホルモンを投与して甲状腺刺激ホルモンの分泌量が多くなるものを選べばよいだけです。

これもスライド12を見てみると、“4.視床下部の障害”の場合に放出ホルモンが投与されれば、投与された放出ホルモンが脳下垂体に働きかけて甲状腺刺激ホルモンが分泌され、投与前よりも甲状腺刺激ホルモンの量が増える、と考えることができます。これは、次のスライド13のように説明できます。

スライド13:視床下部に障害がある場合に放出ホルモンを投与スライド13:視床下部に障害がある場合に放出ホルモンを投与

ちなみに、視床下部の障害だけが放出ホルモン投与後に甲状腺刺激ホルモンが増えますが、他の場合でも甲状腺刺激ホルモンが増えるのではないかと迷った人が多くいるのではないかと思います。この問題で誤解を生みやすいポイントとして、次のことが挙げられます。

  • たとえ放出ホルモンが多く分泌されている状態でも、さらに放出ホルモンが増えれば、甲状腺刺激ホルモンはさらに増えるのではないか?

この疑問に対する答えは、「甲状腺刺激ホルモンは限界まで増えた状態なので、放出ホルモンが投与されることでさらに増えても、甲状腺刺激ホルモンは増えない。」というものになります。簡単に言うと、「チロキシンが血液中ですごく不足している状態は体にとって緊急の状態なので、限界まで放出ホルモンや甲状腺刺激ホルモンを放出している状態になっている。」と説明することができます。なので、1.ヨウ素の場合と2.甲状腺の障害の場合は投与前後で甲状腺刺激ホルモンの濃度に変化はありません。また、3.脳下垂体の異常の場合は、脳下垂体から甲状腺刺激ホルモンを分泌することができないので、投与前後で変化がないことになります。

ホルモン調節の考察問題の場合は、図を自分で描いてみると考えやすい。なので、図を描けるようになっておこう!

総括

今回の問題について総括するならば、いくつかの点を言うことができます。まず、問1の語句を埋める問題については、全問正解すべきところです。次に、問2の記述問題ですが、これは記述問題というよりは知識問題になるので、ホルモン分泌のしくみをしっかりと知っているかが問われています。問3はフィードバック調節の考察問題ですが、基本をおさえていれば解くことのできる問題でした。

この問題での勝敗の分かれ目は、やはり問3だと思います。生物基礎しか学習していない人にとっては、考察問題は難しく感じるものです。ただ、センター試験で8割を目指すのであれば、このテーマの問題は今回を機にできるようになった方がよいでしょう。

フィードバック調節は皆が一度つまづくところです。焦らず慎重に熟慮して、解けるようになりましょう。

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