1/6 2016 年 7 月 17 日 実施 2017 年度 （夏季） 理学研究科博士課程前期課程 生命理学専攻 入学試験問題 （生命理学） ［注意］ ・合図があるまでこのページをめくらないこと。 ・すべての解答用紙に受験番号を記入すること。 ・解答はすべて解答用紙に記入し、問題 1 問につき解答用紙 1 枚を使用すること。 ・解答用紙の裏面を使用してもよいが、その場合には裏面にも解答が記入されてい ることを、表面の下部に「裏に続く」と注意書きすること。 ・質問がある場合には、静かに挙手をして試験監督に伝えること。 ・問１～10 の中から 5 問を選び解答せよ。ただし、6 問以上答えてはならない。
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問１．次の文章を読み、以下の設問（１）～（３）に答えよ。
タンパク質 X の N 末端にヒスチジンタグを付加し、これを大腸菌で大量発現して精 製する実験を計画している。
（１）その準備として、遺伝子 x を PCR で増幅し、T7 プロモーターを持つベクター （pET28a）の NdeI と HindIII 部位にクローニングしたい。遺伝子 x には NdeI および HindIII で切断される配列は存在しない。どのようなプライマーをデザインすれば良い かを答えよ。遺伝子 x の 5’および 3’末端配列と、ベクターの配列、NdeI および HindIII の認識配列を以下に示す。 遺伝子 x の配列：5’-ATGAATACTGAAGCCACGCA---AACAATCACCGGCGCAGTAA-3’ 開始コドン 終止コドン pET28a のマルチクローニング部位の配列：
ATG GGA CGC AGC CAT CAT CAT CAT CAT CAC AGC AGC GGC CTG GTG CCG CGC GGC AGC CAT ATG GCT AGC Met Gly Ser Ser His His His His His His Ser Ser Gly Leu Val Pro Arg Gly Ser His Met Ala Ser ATG ACT GGT GGA CAG CAA ATG GGT CGC GGA TCC GAA TCC GAG CTC CGT CGA CAA GCT TGC GGC CGC ACT Met Thr Gly Gly Gln Gln Met Gly Arg Gly Ser Glu Phe Glu Leu Arg Arg Gln Ala Cys Gly Arg Thr
NdeI: 5’-C ATATG-3’ HindIII:5’-A AGCTT-3’ は切断箇所を示す 3’-GTATA C-5’ 3’-TTCGA A-5’
（２）遺伝子 x が正しくクローニングされたかどうかを遺伝子 x の塩基配列を読むこと （シークエンシング）によって確認したい。シークエンシングにはジデオキシ法を用い る。どのような原理に基づいて、塩基配列を読むことができるかを答えよ。 （３）遺伝子 x が正しくクローニングされたプラスミドを用いてタンパク質 X を大腸 菌内で大量発現させたい。そのためには特殊な大腸菌 BL21(DE3) 株を用いる必要があ る。BL21 (DE3)株はどのような特徴をもつ大腸菌かを説明せよ。 問２．ペプチドに関する次の設問（１）～（３）に答えよ。 （１）pH7 の水溶液中におけるアラニルグリシン（Ala-Gly）の構造式を記せ。 （２）アラニンとグリシンからなるポリペプチドを加水分解したとき、水 16.2 g が消費 され、アラニン 26.7 g とグリシン 52.5 g が生じた。このポリペプチドの分子量を求め よ。ただし、アラニンの分子量を 89、グリシンの分子量を 75 とする。 （３）pH12 の水溶液中でこのポリペプチド 1 分子がもつ総電荷はいくらか。 His-tag NdeI HindIII
3/6 問３．下の生体物質（１）～（３）の物質名と細胞内での機能について説明せよ。 （１） （２） （３） 問４．次の文章を読み、以下の設問（１）〜（４）に答えよ。 細胞外シグナル分子は２つに分類できる。1 つ目は，親水性が高く大きな分子であ るため細胞膜を透過できず，標的細胞のa)細胞膜にある受容体に依存して情報を膜越 しに伝達する。２つ目は，（ ア ）が高く小さな分子であるため細胞膜を自由に通過 でき，細胞内の受容体タンパク質と結合することで情報を伝達する。このような分子 としては，b)ステロイドホルモンや甲状腺ホルモンなどよく知られている。これらの分 子に対する受容体は分子の結合により活性化し，c)核内へと輸送され転写調節因子とし て働くため（ イ ）と呼ばれている。 （１）文中の空欄（ ア ）と( イ )に，それぞれにあてはまるもっとも適当な語 句をしるせ。 （２）下線部 a)についての具体的な例としては，筋細胞でのアドレナリンによるグリ コーゲン分解の促進が知られている。この経路について，二次メッセンジャーを含め て詳細に説明せよ。 （３）下線部 b)の具体的な例を一つ挙げ，その生理的役割を簡潔に説明せよ。 （４）下線部 c)について，タンパク質の核外への輸送と合わせて，説明せよ。特に， 輸送に関わる因子の名称と役割，またエネルギーの要求性も記載せよ。
4/6 問５．次の文章を読み、以下の設問（１）～（９）に答えよ。ただし、物質名は通称や 略称でもよい。 核酸やタンパク質の解析において、ゲル電気泳動は非常に重要な方法である。二重鎖 DNA の電気泳動において最もよく使われるゲルは、(a) アガロースを用いて作る。アガ ロースゲルで一本鎖核酸を電気泳動するときは、核酸分子の二次構造の移動度への影響 を避けるために、(b) 二次構造を破壊するための物質を加える。タンパク質のゲル電気 泳動で最もよく使われる方法は、SDS-PAGE であり、ゲルの材料である（ イ ） と（ ロ ） を混合した溶液に、触媒として（ ハ ）と（ ニ ）を加え、２枚のガラス板の間に流し 込むと、（ ロ ）が架橋剤になった（ イ ）のポリマーのゲルができる。これらのいず れの方法でも、(c) 核酸やタンパク質の分子は陰極（マイナス）から陽極（プラス）の 方向に移動する。 ゲル電気泳動の後、二重鎖 DNA を検出するのに最もよく用いられるのは、臭化エチ ジウム（Ethidium Bromide）を用いた染色である。一本鎖核酸に対する臭化エチジウム の検出感度は、二本鎖核酸よりも、ずっと低い。その原因は、(d) 臭化エチジウムと核 酸分子との結合様式に由来する。SDS-PAGE で分離した全タンパク質を検出するのに最 もよく用いられるのは、青色の色素である（ ホ ）を用いた染色である。 電気泳動の後に、核酸やタンパク質の特定の分子だけを検出することができる。いず れの場合も、電気泳動の後に、(e) メンブレンと呼ばれる特殊なシートに、分子を転写 （ブロット）してから、検出を行う。実験法の呼び名は、電気泳動で分離した分子が DNA の場合は「サザン（Southern）」で、RNA の場合は「ノーザン（Northern）」であって、 両者は違っているが、(f) 特定の核酸分子のみが検出される原理に基づく点では同じで ある。タンパク質の場合の実験法は「ウェスタン（Western）」と呼ばれる。(g) 「ウェス タン」で検出に用いられるのは抗体である。(h) 「サザン」や「ノーザン」においても、 抗体を用いることがある。 （１）空欄（イ）～（ホ）にあてはまる、もっとも適当な語をそれぞれ答えよ。 （２）下線部 (a) はどのような物質か、説明せよ。 （３）下線部 (b) の物質名をひとつ答えよ。 （４）下線部 (c) の方向は何によって決まっているか。核酸のアガロースゲル電気泳動 とタンパク質の SDS-PAGE のそれぞれについて説明せよ。 （５）下線部 (d) を表す語、または、結合様式の内容を答えよ。 （６）下線部 (e) の材料の物質名を、核酸分子とタンパク質分子に対して、ひとつずつ 答えよ。ふたつの答えは、同じでも、異なってもよいが、標準的な使用法に従うこと。 （７）下線部 (f) の内容を説明せよ。 （８）下線部 (g) について、一次抗体と二次抗体の役割をそれぞれ説明せよ。 （９）下線部 (h) について、抗体が結合する物質名をひとつ挙げ、その使用法を説明せ よ。
5/6 問６．次の文章を読み、以下の設問（１）〜（５）に答えよ。 極性を持つ上皮細胞などでは，細胞同士がa)密着結合により強く密着することで体 外からの多くの物質の侵入を防いでいる。そのため，小腸での栄養物質などの取り込 みの際には，細胞膜上に存在する複数の輸送体が個別の役割を担うことで，全体とし て腸管内腔から上皮細胞を経由して体液に栄養物質が輸送される。具体的には，小腸 の上皮細胞の（ ア ）部側には（ イ ）イオンにより駆動されるb)輸送体（甲） があり，小腸腸管内腔からのグルコースが取り込みを担っている。細胞内に取り込ま れたグルコースは，（ ウ ）部側にあるc)輸送体（乙）により上皮細胞より体液中に 運び出される。（ ア ）部側の輸送体（甲）を駆動するイオンは，（ ウ ）部側に あるd)ポンプにより細胞外へと排出されることで，細胞内での低い濃度が維持されて いる。このように，腸管でのグルコースの運搬には細胞内の異なる場所に存在する２ つの輸送体と１つのポンプが機能している。 （１）文中の空欄（ア）から(ウ)それぞれにあてはまるもっとも適当な語句をしる せ。 （２）下線部(a)について，構成する主要タンパク質とその結合の構造的特徴を簡潔に 説明せよ。 （３）下線部(c)の輸送体（乙）が，グルコースを細胞外に輸送する機構を，エネルギ ーの要求性も含めて簡潔に説明せよ。 （４）下線部(d)のポンプについて，名称とその反応機構を，エネルギーの要求性も含 めて説明せよ。 （５）下線部(b)の輸送体（甲）の輸送機構を，輸送体（乙）と比較しながら説明せ よ。 問７．次の文章を読み，以下の設問（１）〜（２）に答えよ。 大腸菌はトリプトファンを細胞外から取り込むが、細胞外のトリプトファン濃度が低下 し、細胞内に供給できなくなると、自ら合成する必要がある。その制御はトリプトファ ンリプレッサーを介して行われる。大腸菌変異株として、トリプトファンの有無に関わ らず、常にトリプトファン合成酵素遺伝子が発現するような変異株を単離した。ただし、 変異株一株あたり一つの変異が起こったとする。 （１）トリプトファンリプレッサーに変異がある場合、それはトリプトファンリプレッ サーのどの機能を失ったためと考えられるか？まず、トリプトファンオペロンの発現制 御機構を説明し、次に、考えられる変異について、２つの異なる可能性を答えよ。 （２）トリプトファンリプレッサー遺伝子内以外に変異があるとすれば、どのような変 異が考えられるかを答えよ。
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問８．真核生物において、遺伝子からタンパク質が作られ、そのタンパク質が正しく機 能するまでには、多くの過程がある。それぞれの過程で、どのような制御機構が考えら れるか、整理して答えよ。
問９．エネルギーと物質の代謝に関する次の設問（１）～（７） に答えよ。
（１）電子伝達系について、(i) 動物と(ii) 植物の場合のそれぞれについて、次の(A)と (B)を記せ。(A) 電子伝達系が存在する細胞内の場所、(B) 最終的に電子を受け取る物質 の名前。 （２）電子伝達系では ATP が合成される。動物と植物に共通する点に関して、次の問 (A)と(B)に答えよ。 （A）電子伝達によって酸化還元電位はどのようなエネルギーに変換されるか。 （B）ATP 合成酵素の反応機構を説明せよ。 （３）高等植物の光化学系Ⅱにおいて、酸素が発生するステップについて、次の(A)と (B)を記せ。(A) 酸化還元の半反応式、(B) 酸素分子１個を発生するのに必要な光子の個 数。 （４）炭酸固定（炭素同化）に使われるエネルギーと還元力（電子）を供与する物質の 名前を２つ挙げよ。 （５）カルビン回路以外の炭酸固定の経路のひとつについて、次の(A)～(D)を記せ。(A) その名称、(B) その経路がある植物の名前、(C) カルビン回路との最も重要な違い、(D) 生物学的に有利な点。 （６）骨格筋が無酸素運動をする場合、消費された ATP はどのように再生されるか、説 明せよ。 （７）骨格筋において産生された乳酸は、肝臓ではどのように利用されるかを説明せよ。 問１０．microRNA について、その生合成、生化学的機能、生理的な役割について記せ。
