第1章「生物の特徴」

「高校生物基礎」“生物の特徴”の総まとめ問題(語句埋め)

この記事は、生物基礎の第1章“生物の特徴”のまとめ語句埋め問題(14,000字相当)です。“生物の特徴”を学び終わったあとの復習に使ってください。なお、難易度をやや高くしている部分もあります。

なお、黄色いマーカーの部分を範囲選択すると、答えを反転して見ることができます

かなりボリュームがあるので、①時間があるときに演習する、または②ブックマークしておいて隙間時間に勉強することをオススメします。

それぞれの単元の末尾には、より詳しく解説している内部リンクを紹介しています。必要な場合はそちらも参考にしてください。

※まとめとしての品質向上のため、ご感想をコメントで頂けたら幸いです。

目次

生物の多様性と共通性

生物の多様性と共通性

地球上に生息する生物は、わかっているだけで約200~220万種いる。このようにたくさんの種類の生物が存在する理由として、地球のさまざまな「環境」がある。生物は原始の生物から数多有る環境に適応するようなかたちで適応し、それにより種数は莫大に増えていった。現在でも未知の生物は多く、実際の種数は既知の10倍の約2000万種とされている。このように、生物の種の観点だけでも、生物には多様性があることがわかる。

生物が同じ先祖生物から進化してきたことを示すものとして、生物の共通性がある。以下の生物の共通性は、すべての生物において成り立つものである。

  1. 生物のからだの基本単位は、細胞である。
  2. 生物は、体内で化学反応を行うこと(代謝)によって生命活動を営んでいる。(追記:すべての生物では、エネルギー物質としてATPという物質を用いる)
  3. 生物は、生殖によって自己の遺伝情報を担うDNAを継承した子をつくる。
  4. 生物は、体内の環境を一定に保とうとする性質(恒常性)をもつ。
  5. 生物は、外部から受ける刺激に対して反応する。
  6. 生物は、遺伝物質であるDNAが変化することで進化する可能性がある。

多様な生物は、特徴をもとにグループわけすることができる。このとき、共通の先祖生物から生物のグループまでの進化の経路のことを系統と呼び、複数の系統を1つの図で扱った場合の図を系統樹という。

さらに詳しく復習したい方へ

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細胞のかたち

細胞についての基礎知識

細胞は、生物の基本単位であり、すべての生物でみられる。細胞の定義は、『細胞膜に囲まれ、原則的には内部に個のをもつ生体の構造的・機能的単位のこと。』というものである。

細胞は核をもつかもたないかによって分類される。核をもつ細胞のことを真核細胞とよび、核をもたない細胞を原核細胞と呼ぶ。

原核細胞

原核細胞は、細胞膜に包まれており、さらにその外側は細胞壁でおおわれている。内部の液体状部位を細胞質基質とよび、遺伝物質のDNAが存在する。細胞方表面には突起があり、短く多数ある突起繊毛とよび、長く1~2本しかない突起べん毛とよぶ。

原核細胞からなる生物を、原核生物とよぶ。原核生物は必ず単細胞生物である。原核生物には、以下のような生物がいる。

  • 腸内細菌の代表例である大腸菌
  • 乳酸発酵を行う乳酸菌
  • 光合成を行うことができるシアノバクテリア

原核生物には、2つのグループの生物が属している。1つはバクテリアともよばれる細菌であり、もう1つはアーキアともよばれる古細菌である。上記3つの生物は、細菌に属する。古細菌のなかには、高温や高酸などの極限環境で生活しているものもある。

原核生物は、原始の生物に近い生物とされている。よって、細菌や古細菌に属する生物の多くは、生物が誕生して比較的初期に進化して生じたとされている。なお、細菌、古細菌、真核生物を系統樹にすると、古細菌の方が真核生物に近縁であることがわかっている。

真核細胞

真核細胞は、細胞膜でおおわれている点においては原核細胞と同じであるが、があることが原核細胞との大きな違いである。また、原核細胞にみられない構造物もいくつかある。生物基礎で扱う構造物をまとめると、以下のようになる。

遺伝物質であるDNAを含む二重膜構造物
ミトコンドリアエネルギーの産出を行う二重膜構造物
葉緑体光合成を行う二重膜構造物
液胞物質の貯蔵、浸透圧の調節、細胞の大きさに関与する一重膜構造物
細胞膜細胞をおおう膜
細胞壁植物などで見られる細胞膜の外側をおおう構造物
細胞質基質細胞内の液体状部位
細胞骨格細胞内にある繊維

真核細胞からなる生物を原核生物とよぶ。五界説において、真核生物のグループは、原生生物、植物、菌、動物の4つに分けられる。

真核生物の細胞内構造物

1.

核は、核膜という膜でおおわれており、ところどころには核膜孔という穴がある。内部は核液とよばれる液体で満たされており、染色体というDNAとタンパク質からなる構造物が存在する。

核を観察したいときは、細胞を酢酸カーミン酢酸オルセインで染色する。酢酸カーミンと酢酸オルセインは染色体を色に染色するので、核が赤く見えるようになる。一般的な核の大きさは、約3~10μmである。

核の数は、ふつうの細胞では個だが例外もある。ヒトの場合、赤血球・血小板には核はなく、また骨格筋細胞には多数の核がある

核に含まれる染色体のDNAは、遺伝情報を担う物質であり、細胞の生存と増殖に必要である。

2.ミトコンドリア

ミトコンドリアは、すべての真核細胞に存在し、代謝の1つである呼吸が行われる細胞小器官である。細胞内では網目状に連なっている。

ミトコンドリアは、二重膜構造内膜外膜がある。内膜は内側にくぼんでおり、その部位をクリステとよぶ。内膜の内側の液体状部位をマトリックスとよび、マトリックスには核のDNAとは別の環状DNAが存在する。

観察するときは、ヤヌスグリーンという染色液を用いて青緑色に染色する。断面の大きさは、約2μmである。

独自に分裂することができ、もともとは生物だったと考えられている(➡細胞内共生説)。

3.葉緑体

葉緑体は、植物の光合成を行う器官の細胞に存在する細胞小器官である。

葉緑体は、二重膜構造内膜外膜がある。内膜の内側にはさらに袋状の構造物があり、これをチラコイドとよぶ。チラコイドが重なった構造は、グラナとよぶ。内膜とチラコイドの間の液体状部位はストロマとよばれる。

クロロフィルという緑色の色素があるので、染色しないでも観察できる。葉緑体の断面の大きさは、約5μmである。

独自に分裂することができ、もともとは生物だったと考えられている(➡細胞内共生説)。

4.液胞

液胞は、植物細胞で発達している細胞小器官である。動物細胞にもあるが、小さくて観察できない

液胞は、一重膜の構造をしており、内部は細胞液という液体で満たされている。細胞液には、アミノ酸・炭水化物・無機塩類などが含まれる。また、細胞内の有害な物質を無害な物質にかえて貯蔵するはたらきがある(老廃物の貯蔵)。植物によっては、アントシアンという紫色の色素も含まれている。

若い細胞では小さいが、植物細胞が成長して大きくなると、液胞の体積も大きくなる

5.細胞膜(難)

細胞膜は、細胞の内外を隔てている膜である。細胞膜は、リン脂質が二重に重なることでできており、これを脂質二重層とよぶ。リン脂質の間には、タンパク質が存在している。細胞膜中のリン脂質やタンパク質は、水平に移動したり回転移動したりしている。このモデルのことを、流動モザイクモデルとよび、シンガーニコルソンによって提唱された。

細胞膜の役割は、細胞の内外を隔てることに加えて、物質の輸送、情報伝達などのはたらきもある。細胞膜が特定の物質だけを通す性質のことを、選択透過性とよぶ。

6.細胞壁

細胞壁は、細胞膜の外層にある構造物である。原核生物、植物、菌でみられる。

植物細胞の細胞壁の成分は、炭水化物であるセルロースペクチンである。植物の細胞壁を観察したいときは、サフラニン溶液で染色する。

植物の細胞壁の役割は、細胞内部の保護や、細胞どうしの結合強化による植物体を支えることである。

なお、原核生物の細胞壁の主成分はペプチドグリカンであり、植物とは異なる。

7.細胞質基質

細胞質基質は、細胞内を満たしている液体のことを指す。真核細胞でも原核細胞でも、同様である。

水・アミノ酸・グルコース・タンパク質など、さまざまな物質を含む。タンパク質の多くは酵素としてはたらき、化学反応の場となっている。

細胞質基質には流動性がみられる。このことを原形質流動とよぶ。

8.細胞骨格

細胞骨格とは、細胞内にある繊維のことを指す。

細胞小器官は細胞質基質に浮かんでいるのではなく、細胞骨格によって固定されている。

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「生物基礎教科書解説」原核細胞と真核生物の細胞の構造この記事では、生物基礎版での細胞の基礎知識を踏まえたうえで、原核細胞と真核細胞の構造について教科書をもとに解説します。重要単語は赤文字に...

細胞学の歴史

細胞学の歴史

116世紀ガラス研磨師ヤンセン親子による顕微鏡(原型)の発明
21665年(ロバート・)フックによる細胞の発見、cellと命名

※コルクの切片を観察材料としたので、正確には植物死細胞の細胞壁を観察

317世紀後半レーウェンフック初めて生きた細胞を観察(細菌、精子など)。
41831年ブラウンによる核の発見。
51838年シュライデン植物について細胞説を提唱。
61839年シュワン動物について細胞説を提唱。
71855年フィルフョウ発展させた細胞説を提唱。
819世紀後半光学顕微鏡の飛躍的な発展
91931年電子顕微鏡の発明

※年代を覚える必要はなし、産業革命ぐらいから発展した。

細胞説

細胞説は2つの解釈がある。記述できるようになること。

シュライデンとシュワンの内容を合わせた細胞説

生物の機能と構造の基本単位は細胞である。(20字以内)

フィルヒョーが発展させた内容

細胞は細胞から生じる。(15字程度)

分解能

2点を点と識別できる最短距離のことを、分解能とよぶ。ヒトの眼の分解能は0.1mm程度、光学顕微鏡の分解能は0.2μm程度、電子顕微鏡の分解能は0.1~0.2μm程度である。顕微鏡が発達するについて、より細かいものを観察できるようになった。

単位の確認

  • 1m=1000mm、1mm=1000μm、1μm=1000nm
  • 1mm=1/1000m、1μm=1/1000mm、1nm1/1000μm

真核細胞の階層構造

真核細胞の階層構造は、まず原形質と細胞壁にわけられる。原形質とは、細胞壁の内側すべてのことを指す。つぎに原形質は、核と細胞質にわけられる。細胞質は、細胞小器官、細胞膜、細胞骨格のことを示す。

このような階層構造に至った経緯は、光学顕微鏡が開発されて初期の細胞観察の歴史を踏襲するようなものであると考えられる。すなわち、

  1. cellを区分けているものは実際のところ細胞壁であった。細胞壁の内部は、原形質とする。
  2. 原形質を観察すると、比較的大きな細胞小器官である核を発見できた。原形質のうち、核以外の部分は細胞質とする。
  3. 細胞質をもっと詳しく観察すると、細胞小器官やその他の構造が見えた。

という流れによるものであろう。

細胞などの大きさ

インフルエンザウイルス100nm
ミトコンドリア2μm
大腸菌3μm
葉緑体5μm
ヒト赤血球7.5μm
ヒト精子60μm
ヒト卵200μm
ゾウリムシ250μm
カエルの卵1cm
ニワトリの卵数cm
ヒト坐骨神経約1m

★細胞の大きさを覚える工夫

  1. ウイルス < 原核細胞 < 真核細胞
  2. ミトコンドリアと葉緑体はもともと原核細胞だったので原核細胞の大きさに近い。(➡細胞内共生説)
  3. 単細胞生物は、1つの細胞内に機能構造物があるために、多細胞生物の細胞よりも大きい。
  4. 目で見える範囲の大きさは、おおよそ1cm以上である。ウイルスはnmの単位、細胞はμmの単位。
  5. 炭水化物・タンパク質・脂肪・DNAなどは、細胞やウイルスの構成分子なので、さらに小さい。
  6. 原子は分子よりもさらに小さい。

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細胞と個体の成り立ち

生物と系統樹

生物を原核生物、原生生物、植物、菌、動物という5つのグループにわける説を、五界説という。五界説では、原始の生物からまず原核生物が生じ、続けて原生生物が生じ、原生生物から植物の生物、菌の生物、動物の生物が派生して生じたと捉える。

1つの細胞で生活できる生物のことを、単細胞生物とよぶ。2つ以上の細胞で成り立つ生物のことを、多細胞生物とよぶ。原始の生物は単細胞生物であり、進化が進むにつれて多細胞生物が派生したと考えられている。

単細胞生物は、原核生物のすべて、および原生生物の多くにみられる。多細胞生物は、植物、菌、動物、および原生生物の一部にみられる。

生物の種類

1.原核生物

原核生物は原核細胞で成り立ち、必ず単細胞生物である。しかし、ネンジュモなどのように、群体をなす生物種もいる。

大腸菌や乳酸菌のほか、以下の生物を必ず覚えること。

シアノバクテリア光合成をおこなうことのできる原核生物のことを指す。光合成をできるが、葉緑体は存在しない。

生物例)ネンジュモ、アナベナ、ユレモ

窒素固定細菌窒素固定(第5章)をおこなうことのできる原核生物。

生物例)アゾトバクター、クロストリジウム、根粒菌、ネンジュモ

硝化細菌硝化(第5章)に関与する原核生物。

生物例)硝酸菌、亜硝酸菌

※~菌は基本的に原核生物に属するが、酵母菌は菌である。

2.原生生物

原生生物は真核細胞で成り立ち、多くは単細胞生物で、一部は多細胞生物である。多細胞生物であったとしても、細胞の分化の程度は低い。

単細胞生物の種としては、アメーバ、ゾウリムシ、カサノリ、ミドリムシ、ミカヅキモなどが高校生物基礎での取り扱い範囲である。多細胞生物の種としては、コンブ、ワカメ、アオサなどが高校生物基礎での取り扱い範囲である。

3.植物

コケ植物、シダ植物、裸子植物、被子植物が含まれている。

裸子植物に属する生物種として、イチョウとソテツを覚えておくとよい。

4.菌

キノコやカビのなかまが属するグループである。また、発酵に用いられる酵母菌も菌に属する。

5.動物

魚類、両生類、は虫類、哺乳類、鳥類に分けられる。

ゾウリムシの構造

真核細胞単細胞生物の代表例として、ゾウリムシのかたちと機能について生物基礎でおさえる。

ゾウリムシについては、以下のとおりである。それぞれの構造物は、ゾウリムシにおける細胞小器官である。

ゾウリムシのスライド準備中

大核からだのかたちや機能をつかさどる器官である。(形質決定)
小核子孫を残す生殖に関与する器官である。
収縮胞水の排出を行っている器官である。
食胞食物の消化を行っている器官である。
細胞口食物の摂取を行っている器官である。
繊毛ゾウリムシの表面全体にある短い突起で、運動する際に動かしている。

動物のからだの成り立ち

動物のからだは、次のような階層構造になっている。

  1. 個体は、内部の器官系によって成り立っている。
  2. 器官系は、複数の器官によって成り立っている。
  3. 器官は、複数の組織によって成り立っている。
  4. 組織は、複数種の細胞によって成り立っている。

ゆえに、スケールが大きくなる順番で、

細胞➡組織器官器官系➡個体

という階層構造である。

なお、組織の種類は4つにわけられる。

 上皮組織特徴:個体の表面、体腔の内面、消化管や血管の内面をおおう組織で、上皮細胞からなる。
働き:からだの表面や内面の保護、感覚、分泌・吸収などに関与
例)皮膚の表面
 筋組織特徴:細長い筋細胞(筋繊維)が多数並んで、筋肉を構成している。
働き:筋繊維は伸縮性に富み、運動に関与する
例)骨格筋心筋平滑筋
 結合組織特徴:固有の細胞と、多量の細胞間質からなる。
働き:組織や器官のあいだを埋め、それらを結合・支持する。
例)脂肪組織骨組織軟骨組織血液
 神経組織特徴:ニューロン(神経細胞)とグリア細胞からなり、神経系を構成。
働き:ある細胞から受け取った信号を他の細胞に伝える。
例)末梢神経、脳・精髄などの中枢神経

多くの器官は、4種類の組織が組み合わさってできており、一定の働きを営んでいる。

植物のからだの成り立ち

植物のからだは、次のような階層構造になっている。

  1. 個体は、内部の器官によって成り立っている。
  2. 器官は、複数の組織系によって成り立っている。
  3. 組織系は、複数の組織によって成り立っている。
  4. 組織は、複数種の細胞によって成り立っている。

ゆえに、スケールが大きくなる順番で、

細胞➡組織組織系器官➡個体

という階層構造である。

維管束植物の器官は2種類ある。根・葉・茎を指す栄養器官と、花を指す生殖器官である。

植物は、一生を通じて茎の分裂組織の細胞が分裂を続けて茎や葉をつくり続ける。古御結果、被子植物の個体は、茎、葉、根が繰り返した構造をとる。この単位をファイトマーという。

植物の組織一覧準備中

組織系のまとめ

  • 表皮系:表皮組織からなる組織系のこと。
  • 維管束系:師部と木部からなる組織系のこと。
  • 基本組織系:茎・根の皮層と、葉の葉肉からなる組織系のこと。

茎の構造

茎は、表面側から順に、表皮、皮層、内皮、師部、形成層、木部、髄となっている。

木部の組織は死細胞で成り立つ。被子植物において、道管根から吸収された水分や無機塩類の通路となっている。道管には隔壁がない仮道管は、シダ植物や裸子植物で発達しており、道管と同じく水分や無機塩類の通路である。仮道管は、道管と異なり隔壁がある

師部の組織は生きている細胞で成り立っている。師管光合成でつくった同化産物の通路である。師管では1つの細胞ごとに1つの伴細胞が隣り合っており、伴細胞は師管の細胞の補助を行っている。

形成層は、肥大成長に関わる分裂組織である。

葉の構造

葉の表面に見える筋のようなものは、葉脈と呼ぶ。葉脈の正体は維管束であり、断面からわかる。維管束の上側は木部であり、下側は師部である。葉肉は表側と裏側で組織が異なっており、表側はさく状組織で、裏側は海綿状組織である。葉の裏には、気孔という水蒸気と空気の出入り口があり、気孔を挟んでいる一対の細胞のことを孔辺細胞という。

根の構造

根は、表面側から順に、根毛、表皮、皮層、内皮、維管束となっている。維管束においては、木部が師部の間に突出している。

根の先端を根冠と呼び、根冠より少し内側には、根の成長に関与する根端分裂組織が存在する。

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※詳細解説記事準備中

代謝

代謝の基本

生体内での化学反応のことを、代謝とよぶ。代謝について生物基礎では、同化について光合成を、異化について呼吸を、簡潔に習得する。

同化とは、外界から取り入れた物質を生命活動に必要な物質に合成する反応過程のことを指す。ふつう、簡単な物質からより複雑な物質が合成される反応である。この反応では、エネルギーが吸収される。同化の例として、光合成窒素同化がある。

異化とは、体内の複雑な有機物がより簡単な物質に分解される反応過程のことを指す。異化ではエネルギーが放出するので、そのエネルギーをATPという化学物質に貯蔵することができる。異化の例としては、呼吸がある。

ATPの構造と役割

ATPとは、エネルギー物質の1つである。日本語表記で、アデノシン三リン酸という。ATPは、すべての生物で、代謝に伴うエネルギーの受け渡しを行う。

ATPの構造は、アデニン、リボース、リン酸、リン酸、リン酸の順に結合したものとなっている。アデニンは、塩基という物質のグループに入る。リボースは五炭糖の一種である。リン酸とリン酸の結合にはエネルギーが蓄えられており、この結合を高エネルギーリン酸結合とよぶ。

ATPからリン酸が1つ外れた物質のことを、ADPという。日本語表記では、アデノシン二リン酸という。ADPは、高エネルギーリン酸結合が1つだけなので、ATPよりも蓄えているエネルギーの量は少ない。ちなみに、ATPの「T」はTriple、ADPの「D」はDoubleの頭文字であり、リン酸の数を示している。

ある酵素が作用することによって、ATPのリン酸が1つ外れてADPになるとき、エネルギーが放出される。このエネルギーの量は、高エネルギーリン酸結合1つ分に相当する。放出されたエネルギーは、同化で単純な物質から複雑な物質をつくるときに用いられる。

ADPは、ある酵素が作用することによって、リン酸と1つ結合し、ATPになる。このとき、高エネルギーリン酸結合1つ分のエネルギーが、ATPに蓄えられる。この反応は、異化で複雑な物質を分解するときに得られるエネルギーをATPに保存するときに起こる。保存されたエネルギーは、各種生命活動に利用される。

独立栄養生物と従属栄養生物

独立栄養生物とは、光合成などの炭酸同化を行うことで、無機物から有機物を自身で合成できる生物のことを指す。独立栄養生物は、自身のつくった有機物を分解することで、ATPを合成する。

従属栄養生物とは、ほかの生物のつくった有機物を利用する生物のことを指す。従属栄養生物は、独立栄養生物を摂取・消化してえられた単純な有機物をもとにして同化をおこない、複雑な有機物をつくる。摂取した単純な有機物、あるいは合成した複雑な有機物を分解する過程で、ATPを合成する。

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「生物基礎教科書解説」代謝・ATP・独立栄養生物と従属栄養生物この記事では、生物基礎の第1章生物の特徴で登場する“代謝・ATP・独立栄養生物と従属栄養生物”の教科書解説を行っています。酵素や光合成・...

酵素

酵素の基礎知識

化学反応を促進する物質のことを触媒とよぶ。触媒のうち、タンパク質でできたものを酵素とよび、無機物のものを無機触媒とよぶ。

触媒が化学反応を促進するしくみは、化学反応に必要なエネルギーである活性化エネルギーを低下させることである。例えば、デンプンを人工的に分解するためには強い酸性・100℃の条件が必要であるが、酵素では中性・37℃で分解できる。酵素であれば、少ないエネルギーで反応可能である。

酵素は、活性部位という部分で、触媒の対象である基質と結合することができる。酵素は特定の基質とだけ結合することでき、この性質を基質特異性という。酵素が基質と結合すると、一時的に酵素-基質複合体というかたちをとる。酵素による基質の化学反応の触媒作用が終わると、基質は生成物となる。酵素は基質の反応の前後で変化せず、何度でも触媒作用をすることができる

酵素には、触媒作用の効果が高くなる条件がある。例えば、温度が最適な場合は、その温度のことを最適温度とよぶ。pHが最適な場合は、そのpHを最適pHとよぶ。

pHとは、溶液中の水素イオン濃度を示す指数である。中性は7であり、7よりも数値が低いと酸性で、7よりも数値が高いとアルカリ性である。)

ヒトの酵素の最適温度は、おおよそ37℃前後であり、体温に近い値になっている。

最適pHは酵素によって異なっている。胃で分泌されてタンパク質を分解する作用をもつペプシンは最適pHがおよそである。これは、胃が酸性条件下であることに適している。すい液に含まれタンパク質分解酵素としてはたらくトリプシンの最適pHはおよそである。これは、すい液のpHが若干アルカリ性に偏っているためである。だ液に含まれるアミラーゼは、デンプンをマルトースに分解する作用をもち、だ液が中性であることにあわせて最適pHがおよそとなっている。

酵素をはじめとしたタンパク質は、合成されてできたあとに、固有の立体構造をとらないと機能をもつことはできない。立体構造が整ったタンパク質は、高温や酸などの不適な環境でかたちが変わり、機能を失ってしまう。不適な環境が理由でタンパク質の固有の立体構造が失われることを、変性とよび、酵素が変性によって機能を失うことを失活とよぶ。

酵素は生体内に一様に分布しているわけではない。また、細胞内での分布も一様ではない。例えば、呼吸に関する酵素は主にミトコンドリアに存在し、光合成に関する酵素は葉緑体に存在する。このように酵素が細胞内の特定の場所に存在してはたらくことで、代謝が秩序立てて行われている。

代謝はふつう、いくつもの連続した反応から成り立っている。

タンパク質は、分子量の大きい分子である。分子であるがゆえに、その運動は熱条件に左右される。低温では分子の運動の程度は低いため、タンパク質の機能の対象となる分子との単位時間あたりの衝突回数が少なくなる。よって、低温でのタンパク質の機能の程度は低い。逆に低温から温度が上がるにつれて、分子運動が盛んになり、機能対象の分子との衝突回数が増えるために機能の程度は上がるが、高温条件になると変性してしまい。機能は失われてしまう。

カタラーゼのはたらき

酵素の一種であるカタラーゼは、過酸化水素酸素に分解されるときの化学反応を触媒する。分解反応の化学反応式は、以下のとおりである。

2H2O2 → 2H2O + O2

過酸化酸素の分解反応を促進する無機触媒としては、酸化マンガン(Ⅳ)がある。これは、二酸化マンガンと呼んでもよい。

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このカタラーゼの練習問題(内部リンク)を貼っておきます。

「高校生物基礎」カタラーゼと酸化マンガン(Ⅳ)の実験問題の解き方今回は、「生物基礎」の第1章“生物の特徴”に登場するカタラーゼの実験問題の解き方を紹介します。演習問題を用意しているので、解いてみてテス...

呼吸

呼吸の基本

(式)

真核生物が酸素を用いて有機物を分解しATPを合成する反応のことを、呼吸という。呼吸の反応式は上のようになっており、産物としてはATPのほかに二酸化炭素と水もある。この反応は、細胞内の細胞質基質とミトコンドリアにおいて、連続した代謝によって起こる。なお、C6H12O6は炭水化物の一種のグルコースの分子式であり、呼吸ではグルコースのほかにタンパク質や脂肪も有機物として使われる

呼吸の反応式は、必ず覚えること。生物基礎第4・5章で必要になる。

呼吸と燃焼の違い(難)

燃焼とは、有機物が酸素中で光や熱を放出しながら激しく燃える反応のことを指す。燃焼の化学反応式は呼吸と同じになるが、呼吸と燃焼とでは過程が異なる。呼吸では有機物を酸素と反応させたときに得られるエネルギーを段階的にATPに保存するのに対して、燃焼ではエネルギーは熱や光として放出されてしまう

光合成

光合成の基本

(式)

光合成は、エネルギーを用いて、二酸化炭素と水から有機物と酸素をつくる反応のことを指す。光合成の化学反応式は上のとおりである。この反応は、植物においては葉緑体において、連続した代謝によって起こる。一見すると、呼吸の逆のような反応式になっている。

光合成の反応式は必ず覚えること。生物基礎第4・5章で必要になる。

光合成の課程(難)

葉緑体における光合成の反応は、大きく分けて二段階である。

  1. チラコイドでの反応:光エネルギーをクロロフィルなどの光合成色素で吸収し、水を分解することで、酸素・還元力の高いNADPH・ATPが生じる。
  2. ストロマでの反応:NADPHの還元力とATPのエネルギーを消費することで、二酸化炭素をもとにグルコースをつくる。

※光合成で生じたグルコースは、ほかの有機物の合成に使われたり、分解されてエネルギーとして使われたりする。

ミトコンドリアと葉緑体の起源

共生説

真核細胞に存在するミトコンドリアと葉緑体は、原始的な真核細胞に原核細胞が共生することによって生じたとされている。この説を細胞内共生説という。共生説の根拠は、以下の3つがあげられる。

  1. ミトコンドリアにも葉緑体にも独自の環状DNAが存在する。
  2. ミトコンドリアも葉緑体も二重の膜構造である。
  3. ミトコンドリアも葉緑体も、細胞内で独自に増殖する。

原始的な真核細胞は、嫌気性細菌(呼吸を行うことのできない細菌)であったとされる。その細胞に、好気性細菌(呼吸を行うことのできる細菌)が取り込まれて、その結果真核細胞が生じたとされる。さらに、この真核細胞にシアノバクテリアが取り込まれることによって、光合成のできる真核細胞が生じたとされる。

※核膜が生じた時期については、今のところ判明していない。また、核膜が生じたしくみについても諸説あり、決定的な理論はない。

光学顕微鏡

光学顕微鏡の構造

スライド準備中

顕微鏡の倍率の計算

  1. 接眼レンズ(×5)と対物レンズ(×4) →倍率20
  2. 接眼レンズ(×5)と対物レンズ(×10)→倍率50
  3. 接眼レンズ(×10)と対物レンズ(×10)→倍率100
  4. 接眼レンズ(×15)と対物レンズ(×10)→倍率150

光学顕微鏡の操作方法

1.反射鏡の調節

反射鏡を光源の方に向け、接眼レンズをのぞきながら視野が最も明るくなるように調節する。直射日光を光源にすると目が焼けてしまうので、絶対にしないこと。低倍率(約100倍くらいまで)ので観察するときには平面鏡を用い、高倍率で観察するときや光量が少ないときには凹面鏡を用いる。

2.プレパラートのセット

ステージにクリップでセットし、観察しようとする部分が中央になるようにしておく。

3.対物レンズの先端をプレパラートに近づける

真横から見ながら対物レンズの先とプレパラートの間隔に注意しつつぎりぎりまで近づけること。

4.ピントを合わせる

接眼レンズをのぞきながら、調節ねじを回してステージを静かに下げ、ピントを合わせる。

5.しぼりの調節

しぼりをしめると光量が減り焦点深度が浅くなる代わりに像がはっきり見えるようになる。低倍率のときはしぼりこみ、高倍率で観察するときは視野が暗くなるのでしぼりを開く。

6.観察する像を探す

観察しやすい像を探し、その像を視野の中央に移動させる。実際の方向と視野内での方向が異なる(視野内の動きはプレパラートを動かす方向と真逆)ので、プレパラートの動かし方にはじゅうぶんに注意する。

7.倍率の調節、のち、しぼりの調節

高い倍率にする際は、レボルバーをまわして対物レンズを高倍率にする。高倍率にすると大きく見えるようになるが、実際に見ている面積は小さくなる。また、視野も暗くなるので、必要に応じてしぼりを開く

ミクロメーター

(準備中)

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細胞分画法

細胞分画法とは?

細胞小器官を細胞から分離して集める方法として、細胞分画法がある。細胞分画法を行うことで、核、葉緑体、ミトコンドリアなどを得ることができる。細胞分画法の手順は、以下のとおりである。

  1. pHと浸透圧を調節したスクロース溶液を組織片に加え、すり棒やホモジェナイザーで細胞を破砕し、細胞破砕液を得る。破砕するときは摩擦により熱が生じるので、氷冷しながら操作を行う。氷冷しないと、タンパク質分解酵素の活性が高くなって細胞内のタンパク質が分解されたり、あるいは高温によってタンパク質などの細胞内物質が壊れたりしてしまう
  2. 細胞破砕液を適切な容器に入れ、超遠心分離機で遠心操作を行う。遠心操作を行う際は、重力加速度(g)と時間を設定しておく。設定された条件で沈む細胞内構造物は、容器内で沈殿物として現れる。沈殿しない細胞内物質は、上澄み液に含まれる。
  3. 遠心操作は、まず弱い重力加速度で行う。沈殿物を得る場合は、上澄み液を別の容器に移すだけでよい。また、この上澄み液をより強い重力加速度で遠心分離することによって、次に沈殿しやすい細胞内構造物が沈殿する。この、「上澄みを移す➡遠心分離」、の繰り返しによって、さまざまな細胞内構造物を得ることができる。

沈殿物の順番は、重力加速度(g)が上昇するにつれて以下のようになる。

細胞壁葉緑体ミトコンドリア

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「高校生物基礎・生物」細胞分画法の典型問題の解き方を紹介細胞分画法は、“高校生物基礎”では第1章「生物の特徴」の発展問題として、また“高校生物”では第1章“細胞と分子”の通常問題として登場する...

生物の化学的特性(高校化学寄り)

生物の化学的特性

生物の主成分は、以下のようなものである。

タンパク質アミノ酸を構成単位としている物質のこと。生体内で機能をもつものが多く、酵素もタンパク質である。詳しくは高校生物・高校化学で学ぶ。
 

炭水化物

糖とも呼ばれる。単糖という構造が繰り返された構造。植物に多く含まれるセルロースは炭水化物である。また、呼吸で使われるグルコースも炭水化物である。構造式などの詳しい面は高校化学で学ぶことになる。
脂質グリセリン1分子と脂肪酸3分子からなる物質。
核酸DNAやRNAのこと。詳しくは生物基礎第2章で学ぶ。

生物による化学組成の違い

細胞の化学組成は、生物によって異なっている。

まず、特徴的な細胞は植物細胞である。植物細胞は炭水化物の割合が高い。これは、細胞壁の主成分が炭水化物のセルロースであるからである。

動物細胞と大腸菌の化学組成は似ているが、核酸の割合に違いがある。動物細胞よりも大腸菌の方が核酸の割合が高い。理由は、細胞の大きさが異なること(動物細胞は数十%、大腸菌は数%)によって体積に占める核酸の割合が高くなるからある。

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「高校生物教科書解説」生物を構成する物質この記事では、高校生物版での“生物を構成する物質”について、解説します。 生物に含まれる元素 物質を構成する基本的な成分を元...

総括

文字量にして14,000字くらいとかなり長いまとめになりましたが、いかがだったでしょうか。高校生物寄りの難易度が高いところもありますが、第1章だけでも暗記しなければならない単語が多いことをわかってもらえたと思います。日頃からちょくちょくチェックするのもよいですし、試験や入試直前の見直しでこの記事を使うこともよいでしょう。また、詳しい内容は、それぞれの単元のところに貼っている内部リンクを参照してみてください。

生物基礎の他の単元のまとめ

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