(1)令和
2
年度
後 期 日 程 入 学 試
験
問 題
総合問題
B
(
イ
）
注意事項
1 試験開始の合図があるまで，この冊子を開いてはいけません。
2 間題冊子 (28ページ）には，物理，化学，生物の各問題があり，解答
用紙（物理 2枚，化学 2枚，生物 2枚）及び下書き用紙 (1枚）が挟み
込んであります。試験開始の合図があったら，直ちに中を確かめ，印刷
や枚数の不備などがあった場合，監督者に申し出なさい。
3 物理，化学，生物から 1科目を選択し，解答しなさい。
4 問題冊子の間に挟み込んである選択した科目の解答用紙を取り出し，
選択した科目のすべての解答用紙の所定欄に受験番号を記入しなさい。
5 解答は，すべて解答用紙の所定欄（横書き）に記入しなさい。
6 旬読点は， 1字と数えなさい。
物理
3
ページ---
9
ページ
化学
1
1
ページ---
1
9
ページ
生物
2
1
ページ---
2
8
ページ
□
亘
こ
］
I
ェレベータは，人を乗せて上下することで仕事を行う。このときの仕事に関する
内容について，以下の問いに答えなさい。なお，解答を導く過程も記述すること。
1台のエレベータがある。このエレベータのかご部分の質量はMで，かごの上
部でワイヤにつながれている。ここで，重力加速度の大きさをgとする。
問
1
エレベータが乗客なしで停止しているとき，ワイヤにかかる張力の大きさ
T。を求めなさい。
問2 X人を乗せたエレベータのかご部分をある力で引き上げた。このとき，等速
度で上昇させるために必要な力の大きさ
f
を求めなさい。ただし，乗客一人の
質量をm とする。
問3 エレベータの安全性確保のため，エレベータが最高階にあるとき， ワイヤが
破断した場合の検討を行った。最高階の階高（地上を位置エネルギーの基準と
した場合の最高階までの高さ）をh, 最大乗員数を Xmaxとする。なお，空気
抵抗は無視してよい。
(1) このとき，重力による位置エネルギーの最大値 Umaxを求めなさい。
(2) ワイヤが破断してから地面に衝突する直前の速さ vを求めなさい。
(3) ワイヤが破断してから地面に衝突するまでの時間 tを求めなさい。
- 4
-口
I
I熱エネルギーを機械エネルギーに変換する内燃機関は，発電，航空機・ 自動車等
の動力など私たちの生活の様々な場面で活用されている。これらは，熱機関によっ
て必要な仕事を得ている。以下の間いに答えなさい。
〔l〕ボイル・シャルルの法則について， 50字程度で説明しなさい。
〔2〕滑らかに動くピストンを用いて，単原子分子からなる理想気体の圧力と体積
を 図
1のようにA
→
B
→
C
→
D
→
Aと変化させる熱機関を考えた。ただし，
気体の圧力をp 〔昨〕，体積を V〔面〕
Aの温度を TA収〕
とし， PA<PB, VAく Veとする。また，
とする。以下の問いに答えなさい。なお，解答を導く過程
も記述すること。
p
〔
Pa
〕
PB
PA
゜
VA
v
〔
面
〕
Ve
図
l
間
1
A
→
Bで気体が外部から吸収した熱量 Q紐〔
J
〕 を求めなさい。また， この
過程で気体が外部に対して行った仕事W紐〔
J
〕を求めなさい。
問2 Cの温度Tc〔応を， VA, Ve, PA, PB, 四を用いて求めなさい。
□
工
問3 PB= 2pAとして，
B
の状態から，次の①または②の過程を経て，気体の体
積を VAから 2VAとした。この時のpとVの 関 係 を 解 答 欄 の グ ラ フ に 図 示 し
て答えなさい。
①：定圧変化
②：等温変化
問4 PB
=
3pA, Ve~5VA のとき，この機関の熱効率 e を求めなさい。ただし，
3
気 体 定 数 を
R
〔
J
八
mo
卜k汀 と す る と 定 積 モ ル 比 熱 は ―
R
(J
バ
m
叫
k
几
2
5
定圧モル比熱は
- R〔
J
/
(
m
o
l
・
K
)
〕である。なお，解答は分数のままでよい。
2
6
-三
m
以下の〔
l
〕, 〔
2
〕に答えなさい。
〔
1
〕電気は，私たちの生活にとって必要不可欠なものである。以下の問いに答え
なさい。
問
l
磁石とコイルがあれば，発電する（誘導起電力を発生させる）ことができる。
図2のように，コイルに棒磁石を近づけたり遠ざけたりして動かした。次の①，
② の 場 合 起 電 力 は 図 中 の AからBの向きか，あるいはBから Aの向きか，
または
0
か答えなさい。解答欄には，「
A
→
B
」, 「
O
」などと答えなさい。
① 棒磁石の
N
極をコイルに近づける時
② 棒磁石の
S
極をコイルに近づける時
A
B
門
鼠
百
J
図2
問2 自然エネルギーを利用した発電が，近年注目されている。その中で風力発電
は，発電中の化石燃料を必要としないこと，また，それによって発生する二酸
化炭素排出量をゼロにすることができること，風が吹けば夜間にでも発電でき
ること等の利点がある。一方，課題としては，どのようなことが挙げられるか。
1
つ答えなさい。
l
l
i
I
J
〔2〕電流が磁場から受ける力について検討したい。次の文章を読んで，以下の問
いに答えなさい。なお，解答を導く過程も記述すること。
図3のように軽いばねを鉛直につるし，その下端に質量m=0.10kg,長さ
l = 0.49 mの導体棒ABを水平につるしたところ，ばねの長さが0.10m伸び，
つり合って静止した。鉛直下向きに
x
軸をとり，つり合いの位置を原点 0とす
る 。 そ の 後 こ の 導 体 棒ABに直交して水平に，磁束密度B=0.10
T
の磁場を
紙面の表から裏向きに作用させ，導体棒ABに1=5.0Aの電流を流した。なお，
導体棒ABにつなげられている導線は軽く，ばねおよび導体棒の運動には影響
しないものとする。また，ばねの振動によって発生する誘導起電力の大きさは
無視できるほど小さいとする。以下の問いに答えなさい。ただし，重力加速度
の大きさを
9
.
8
m/s2とする。
導線 導線
゜
A B
X
図3
問3 このばねのばね定数を有効数字2桁で答えなさい。
問4 導体棒ABに1=5.0Aの電流をAから Bの 向 き に 流 し た 時 導 体 棒ABは
どのような運動をするか。具体的な数値（振動する場合には振動の中心の位置
および振幅，静止する場合にはその位置）を示して答えなさい。
8
-~
間5 導体棒ABに電流を流した後， しばらくして電流を流すのを止めたところ，
導体棒ABは単振動した。単振動の振動の中心，振輻，および周期をそれぞれ
答えなさい。ただし，円周率を 3.14,
⑫
=
1.41とし，振幅および周期は有効数
字2桁で答えなさい。
問6 同様の操作（ある電流I〔A〕を導体棒ABにAヵも Bの 向 き に 流 し そ の 後
しばらくして電流を流すのを止め，導体棒が単振動する操作）を， O<Iく20
の範囲で複数回実験した。電流I〔幻と導体棒ABが単振動する際の振幅A〔m〕
は， どのような関係となるか。解答欄のグラフに示して答えなさい。
10-化 学
（化学基礎・化学）
（注意事項）
計算に必要な場合は，次の値を用いなさい。
原子撒
H = 1.0, C = 12.0, N = 14.0, 0 = 16.0, Na= 23.0, Cl= 35.5
標準状態の気体1molの体積
22.4L
~
口
I
次の文章を読んで，以下の問いに答えなさい。
①アンモニアの分子は，窒素原子
1
個と水素原子
3
個でできている。「アンモニ
ア臭」と呼ばれる刺激臭の印象が強いが，作物の大量生産に必要な化学肥料の原料
として，人類を支えてきた。
19世紀末，人口増加に伴う食糧の不足が問題になっていたヨーロッパでは，人
工的にアンモニアを大量に合成できる手法の開発が求められた。＇しかし自然界でア
ンモニアを合成できるのは，マメ科の根に生息する菌くらいだ。空気中の窒素分子
は，窒素原子同士が「三重結合」という強い結合でつながっており，切り離すのは
難しい。
それを人工的に可能としたのが， 1913年に実用化された②「ハーバー・ポッシュ法」
(
HB
法）だ。空気中の窒素と，石袖などの化石燃料から取り出した水素を，高温
(
4
0
0
5
0
0
度），高圧
(
1
0
0
3
0
0
気圧）の下で，鉄触媒とともに反応させる。こ
れにより肥料の生産が飛躍的に増加。「空気からパンを作る」とも評され，発明か
ら
1
0
0
年で世界の人口は約
5
0
億人増えた。開発したドイツ人科学者のハーバー氏
とボッシュ氏は，後にそれぞれノーベル化学賞を受賞した。
HB
法は
1
0
0
年以上変わらず利用され，現在も年間
1
.
7
億トンのアンモニアが生
産されている。しかし高温・高圧が条件のため大規模な生産工場が必要で，製造で
きる場所は限られる。そのため，工場から離れた地域への輸送コストが小さくない。
さらに，化石燃料から水素を作る際に，エネルギーを大量に消費する問題もある。
そこで，あらたなアンモニア合成に向けた研究に取り組み，近年成果を上げてい
るのが日本の研究チームだ。
その一つが細野秀雄・東京工業大栄誉教授らのチーム。細野教授はこれまで，鉄
系超電導体の発見など材料科学の分野でさまざまな成果を発表してきた科学者で，
ノーベル賞受賞も期待される。これまでは電子材料が主な研究対象だったが，「生
活に欠かせないもののために研究したい」とアンモニア合成の研究を始めた。当初，
触媒の専門家から「アンモニアの合成は確立されていて，研究をしている人はほと
んどいない。本気ですか？」と言われたという。
新たな合成法の開発でポイントになるのは，強く結び付いた窒索の結合をいかに
外すかだ。そこで細野教授は③「エレクトライド触媒」と呼ばれる，反応のきっか
- 12
-口
けとなる電子を外へ出しやすい物質に注目した。
2
0
1
2
年，エレクトライド触媒か
ら空気中の窒素分子へと電子を送り出し，窒素の結合を外してアンモニアを合成す
ることに成功。世界を驚かせた。
この反応は，
3
5
0
度，
1
0
気圧ほどで進むため，
HB
法ほどの大規模な工場は必要
ない。改良を進め，現在までに約
2
0
種類のエレクトライド触媒を作り，
HB
法と
ほぽ同じ水準のアンモニアを合成できているという。
2
0
1
7
年にはベンチャー企業
を設立し，近く実証実験を始める計画だ。細野教授は「人口が増加しているアフリ
力などでは穀物が足りない。こ の 手 法 を 使 え ば 現 地 の 小 型工場でアンモニアを合
成できる」と力を込める。
一方，西林仁昭（よしあき）・東京大教授（分子触媒）らは今年
4
月 水 を 使 っ
てアンモニアを合成するという，これまでと全く異なる手法を発表した。
西林教授らは常温・常圧で，有機合成で広く使われる④ヨウ化サマリウムと金属
のモリブデンを含む触媒を使い，空気中の窒素と水を反応させてアンモニアを合成
することに成功した。自然界の菌のアンモニア合成を参考にした。まだ基礎研究の
段階だが，この手法は化石燃料から作る水素が不要なため，大幅な省エネが可能に
なるという。
アンモニアは化学肥料としてだけでなく，将来の燃料としての期待もある。例え
ば，家庭で空気と水からアンモニアを合成し， 自動車などの燃料として利用するこ
とも可能になるかもしれない。西林教授は「新たなアンモニア合成法で，世界のエ
ネルギー問題を解決していきたい」と話す。
「科学の森 アンモニア 新合成法に注日』柳楽未来著，侮日新聞2019年6月6日より引用
問
1
下線部①からアンモニア生成の熱化学方程式を，例に従って書きなさい。な
お，反応により原料の窒素分子1molあたり十 92kJの熱量が発生するとする。
（例） C (黒鉛）
+
1/2
02
(気）
=
c
o
(気）
+
111 kJ
口
問
2
図
1
は，下線部②のハーバー・ボッシュ法におけるアンモニアの生成率と
反 応 時 の 温 度 の 関 係 を 示 し た も の で あ る。図中の (A) は 標 準 的 な 製 造 条 件
(30 MPa)の圧力で反応させた結果を示している。温度と生成率の関係を，理
由とともに
5
0
字以内で説明しなさい。
1
0
0
r
---_
｀
｀
ア~
ン
｀
｀
｀
｀
、
ヽ
(
B
)
8
0
'
ヽ
モ
(A)
ヽヽ
ヽ
ァ
6
0
ヽ
ヽ
ヽ
の
＼
ヽ
ヽ
生
40
＼
ヽ
ヽ
成
ヽ
(
C
)
ヽ
ヽ
率
2
0
ヽ
ヽ
ヽ
ヽ
（
％
）
ヽ
｀
.
.
.
．
｀
．
-
-
•
I I I
ー
I・一・ -:1-. 一・一
゜
2
0
0
3
0
0
400 5
0
0
600 700
反応時の温度（゜
C)
図
1
問3 図1の曲線のうち (A)の反応よりも高圧の条件で反応を行った結果を示し
ているのは (B), (C)のどちらか答えなさい。ま た 選 択 し た 理 由 を 化 学 反
応式や熱化学方程式に基づいて 80字以内で説明しなさい。なお，化学反応式
は
1
つの分子や算術記号，矢印を
1
字として扱うものとする。
- 14
-口
問4 図 2の曲線 (D) は触媒なし， 500℃,20MPaにおけるアンモニア生成率の
時間経過を示している。 (a)触媒を用いずに圧力も変えず (D) の状態より低温
で反応させた場合 (b)温度も圧力も変えずに触媒を用いた場合のそれぞれの
時間変化を解答棚の図に描きこみ，いずれのグラフかわかるように記号も示し
なさい。また， その理由をそれぞれ40字以内で説明しなさい。
アンモニアの生成率
゜
〇
(
D
)
反応の時間
→
図2
問5 アンモニアを酸素で酸化し，最終的に硝酸を製造する工業的手法として「オ
ストワルト法」が知られている。この化学反応式は、次のように表すことがで
きる。
NHけ 20戸 HNOけ H20
口
問 6 下線部②にあるハーバー・ボッシュ法が発明されたことにより，社会に起こっ
た変化を本文から読み取り，
1
0
0
字以内で説明しなさい。
問7 ハーバー・ボッシュ法がもつ課題を本文から読み取り，下線部③と④の触
媒を用いた新しい方法がそれぞれどのようにそれらの課題を克服しているか，
1
2
0
字以内で説明しなさい。説明には化学反応式，化学式を使用してもよい。
なお， 1つの分子や算術記号，矢印を 1字として扱うものとする。
-16-口
1
1
次の文章を読んで，以下の問いに答えなさい。
大腸菌には，グルタミン酸 (Hぶ—CH(COOR)-(CH2) 2-COOH)や①グリシン
(Hぶ—CH2-COOH) などの親水性アミノ酸ならびにグルコース（ブドウ糖）のよ
うな栄養物を求めて運動するという性質（正の走性）がある。ヒトでも同じ。新生
児は，与えられた甘味溶液に対しで
l
央い表情，苦味溶液には不快な表情，酸味溶液
には独自の表情をすることが，顔面の動きの詳細分析から明らかにされている。
このように「味」は，発生学的に見ても栄養要求のシグナルとされており，甘み
は糖，すなわちエネルギーとなる化合物，塩味はミネラル，酸味は有機酸（あるい
は腐敗または未熟さを表す酸），苦みは有害物，そして， ②うま味はタンパク質の
シグナルとなっている。
特に「うま味」は，日本では従来より「だし」として知られており，昆布や鰹節，
煮干しなどからとられていた。中国料理やフランス料理では，主に肉や野菜を長時
間煮込むことによって得られている。
③この「うま味」，すなわち「だし」の正体の一つがアミノ酸の一種であるグル
タミン酸であるという事実を，池田菊苗が発見したのは1908(明治41)年のこと。
人体およびほとんどすべての天然食品のタンパク質を構成しているアミノ酸のなか
で最大抵を占め，必須アミノ酸以外のアミノ酸の生体内における合成母体になって
いるのがグルタミン酸である。さらに，イノシン酸も「うま味」であることが，小
玉新太郎によって 1913年に発表されている。なお，貝などに多く含まれるイノシ
ン酸は核酸の一種である。
（中略）
ところで， ＠グルタミン酸などのアミノ酸については，光学異性体（鏡像異性体）
と呼ばれる右手と左手のような関係の2種類の分子 (D-体と Lー体）があること
が知られている。そして，人体をはじめとしたあらゆる生物を構成するアミノ酸は
すべてL一体であり， うま味を感じさせるグルタミン酸もこの L一体であることが
三
ており，その働きによって必要な栄養素を無意識のうちに識別して摂取しているこ
とに全ゑ
2
『決定版感動する化学 未来をひらく化学の世界
J
"「うま味」と人体の不思議な関係＂，
日本化学会編， 東京書籍2010年 よ り一部改変
問1 下線部①にある親水性アミノ酸であるグリシンを 0.1mol/Lの塩酸lOmLに
ごく少量溶解させ， 0.1mol/Lの水酸化ナトリウムで中和滴定したところ，下
の図3のようなグラフが得られた。グラフの (A), (B), (C) の状態におい
て，割合が最も多いグリシンの化学構造式をそれぞれ書きなさい。なお，グリ
シンの等電点は
6
.
0
である。
1
4
1
2
「
(
C
)
----,
1
0
「
(
B
)
＼
p
H
8
「
6
4
2
゜
゜
加えた
5
0
.1
M
1
0
N
a
O
H
(
1
5
m
l
)
20
図3
-18-口
問2 下線部②，③のように，タンパク質の存在のシグナルとなるうま味の一部は，
アミノ酸の一種のグルタミン酸である。 1分子のグルタミン酸と 2分子のグリ
シンから構成されるトリペプチドを合成した場合，得られるトリペプチドの構
造式を全て記しなさい。光学異性体が存在する場合には，化学構造式の不斉中
心の炭素原子に＊をつけなさい。得られたトリペプチドは電離していないもの
とする。
問
3
ペプチド結合を検出する方法を
1
つ挙げなさい。
問4 下線部④，⑤に記述がある光学異性体について，具体的に立体構造のどのよ
うな違いを人体の受容体が認識しているかを考え，下線部④のグルタミン酸の
2
つの立体構造を，互いの鏡像関係がわかるように例に従って書きなさい。
（例）
COOH
凡
c
/
¥
り、''NH2
Br
口
1
課題文
l
は，ルドルフ・シェーンハイマーという研究者が
1
9
3
0
年代に行なった
生体内の代謝に関する実験の記述である。課題文2は，マット・メセルソンとフラ
ンク・スタールという研究者が
1
9
5
0
年代に
DNA
の半保存的複製を証明した実験
の記述である。これらを読んで，以下の問いに答えなさい。
課題文
1
窒素は原子番号
7
の元素である。普通の窒素原子の原子核には陽子が
7
個，そし
て中性子が同じく
7
個含まれ，その重さ（質量数）は陽子と中性子の和，すなわち
1
4
と表される。ところが自然界に存在する膨大な数の窒素原子の中にはわずかな
がら変わり種が存在し，その原子核には陽子7個，中性子が8個存在するものがあ
る。その結果， この変わり種窒素の質量数は
1
5
となる。これが重窒素である。窒
素としての化学的性質には変わりがないが，わずかだけ重い。普通の窒素 (14N)
と重窒素 (15N)は質量分析計を用いることによって見分けることができる。
トレ ー サ ー
シェーンハイマーはこの重窒素を（中略）「追跡子」として生物実験に使用する
という画期的なアイデアを思いついたのだった。
タンパク質を構成するアミノ酸には全て窒素が含まれている。ひとたび食べてし
まえば普通，そのアミノ酸は体内のアミノ酸にまぎれて行方を追うことは不可能と
なる。しかし，重窒素をアミノ酸の窒素原子として挿入すれば，そのアミノ酸は識
別できる。（中略）他のアミノ酸と区別して，重さの違いから重窒素を含むアミノ
酸をずっと追跡できることになる。
（中略）普通の餌で育てられた実験ネズミにある一定の短い時間だけ，重窒素で
標識されたロイシンというアミノ酸を含む餌が与えられた。（中略）このあとネズ
ミは殺され，すべての臓器と組織について， 重窒素の行方が調べられた。他方，ネ
ズミの排泄物もすべて回収され，追跡子の収支が算出された。
ここで使用されたネズミは成熟したおとなのネズミだった。これにはわけがある。
もし，成長の途上にある若いネズミならば，摂取したアミノ酸は当然，身体の一部
に組み込まれるだろう。しかし成熟ネズミならもうそれ以上は大きくなる必要はな
い。事実成熟ネズミの体重はほとんど変化がない。ネズミは必要なだけ餌を食べ，
①その餌は生命維持のためのエネルギー源となって燃やされる。だから摂取した重
窒素アミノ酸もすぐに燃やされてしまうだろう。当初，こうシェーンハイマーは予
-
22-口
想した。当時の生物学の考え方もそうだった。アミノ酸の燃えかすに含まれる重窒
素はすべて尿中に出現するはずである。
しかし実験結果は彼の予想を鮮やかに裏切っていた。
重窒素で標識されたアミノ酸は三日間与えられた。この間尿中に排泄されたの
は投与批の27.4%.約三分の一弱だけだった。糞中に排泄されたのはわずかに2.2%
だから，ほとんどのアミノ酸はネズミの体内のどこかにとどまったことになる。
では．残りの重窒素は一体どこへ行ったのか。答えはタンパク質だった。与えら
れた重窒素のうちなんと半分以上の56.5%が．身体を構成するタンパク質の中に
取り込まれていた。しかも，その取り込み場所を探ると，身体のありとあらゆる部
ひ ぞ う
位に分散されていたのである。特に，取り込み率が高いのは腸壁，腎臓，牌臓．肝
臓などの臓器血清（血液中のタンパク質）であった。当時．最も消耗しやすいと
考えられていた筋肉タンパク質への重窒素取り込み率ははるかに低いことがわかっ
た。
実験期間中，ネズミの体重は変化していない。＠これは一体どのようなことを意
味するのだろうか。
「生物と無生物のあいだ』福岡伸一著，講談社現代新書2007年より一部改変
課題文2
メセルソンとスタールは遠心分離のテクニックを使い，重量のわずかな差によっ
て分子を選り分けた。遠心分離器で回転させると，煎い分子は軽い分子よりも試験
管の底の方へ落ちていく。窒素原子 (N) は DNAの成分のひとつであり， しかも
軽いものと重いものとの二種類あるので，メセルソンとスタールはそれを目印に
DNAの断片を識別し，細菌の内部で行われる複製のプロセスを追跡した。
初め，細菌のすべてを重いほうの窒素を含む培地で育てると，重い窒素はDNA
のどちらの鎖にも含まれた。培養された細菌からサンプルを取り，それを軽いほう
の窒素だけを含む培地へ移し，次にDNAの複製が起こったときは必ず軽い窒素が
口
鎖）とから構成されるはずだった。
メセルソンとスタールは遠心分離処理により，この予測を精密に証明した。遠心
分離管の中には三つの帯ができた。すなわち，二本鎖の両方が重い窒素を含むサン
プル，両方が軽い窒素を含むサンプル，そしてその中間の，重い窒素を含む鎖と軽
い窒素を含む鎖とから成るサンプルである。DNAの複製は，私たちのモデル由が
示唆するとおりに行われていたのだ。
「
DNA上jジェームス・ D・ワトソン アンドリュー・ベ1）ー著 青木 薫 訳 講 談 社2005年
より一部改変
注）私たちのモデルとは，課題文著者の一人であるジェーム ・D・ワトソンと，フ
ランシス・クリックが提唱したDNAの二重らせんモデルのこと
“重い"DNA 第1の複製
サイクル
←
軽いDNAのバンド
←
中間のDNAのバンド
←
重いDNAのバンド
第2の複製
サイクル
図 遠 心 分 離 管 の 図
問
l
課題文
l
および課題文
2
で 記 さ れ た よ う に 追 跡 子 は ， 取 り 込 ん だ 分 子 が 生
体 内 で そ の 後 どのような形状となり， どのような場所に存在するかを追跡す
ることができる。そのため生体内の物質の変化や代謝を知るうえで有効な道具
となっている。このような目的に使用する追跡子を含む分子として必要な条件
には， どのようなことが考えられるか， 2つあげなさい。
- 24
-□
問
2
課題文
1
の下線部①で記述されたアミノ酸が燃えて（細胞呼吸をして），形
を変えて尿中に出現するとき， どのような変化が生じているか，このときの変
化を 150字以内で説明しなさい。ただし，「脱アミノ反応」，「尿素」という語
句を必ず用いること。
問3 課題文1の下線部②の疑問に対してどのようなことが考えられるか， 100字
以内で述べなさい。
問4 課題文2の実験では，重い窒素を含む培地で培養すると重いDNAのバンド
（帯）のみが現れる（図の左）。軽い窒素のみを含む培地へ移して第
1
の複製
サイクル後にはすべて中間の雑種DNAにバンドが現れ（図の中央），第2の
複製サイクル後では軽い DNAと中間の DNAが1 : 1の存在比で現れる（図
の右）。引き続き第3の複製サイクルを経た後には，重い DNA, 中間の雑種
DNA, 軽いDNAの存在比はいくらになるか答えなさい。
口
n
次の課題文1,2を読んで，以下の問いに答えなさい。
課題文l
体がだるいとき，「免疫力が落ちている」ということがあるでしょう。はたして「免
疫力」とは何なのでしょうか。
マクロファージやT細胞， B細胞といった免疫細胞によって， ①外部から侵入し
てくる異物から身を守るシステムを「免疫系」といいます。しかし私たちの体は，
この免疫系だけで守られているわけではありません。ホルモン分泌をづかさどる「内
分泌系」と，体のはたらきを調整する「自律神経系」がバランスを保つことで，健
康を維持しているのです。この三つのシステムの総合力が「免疫力」といえるでしょ
う。ただし，免疫力とは学術的な表現ではなく，何らかの具体的な数値としてあら
わすことはできません。
最近の研究によると，
1
日のうちでもこの三つのシステムのバランスが変動する
ことで，免疫力が高い時間帯と低い時間帯があらわれるといいます（日内変動）。
自律神経系は，体を多く動かすときにはたらく「交感神経」と， リラックスする
ときにはたらく「副交感神経」からなります。ヒトの場合，交感神経の活動性は昼
間に上昇し，夜には低下します。この交感神経が，「ノルアドレナリン」というホ
ルモンを分泌することで，免疫細胞の“たまり場”である「リンパ節」にはたらき
かけ，免疫細胞をリンパ節内にとどめます。その結果， リンパ節内の免疫細胞の数
が増加します。免疫系の司令塔ともいえる
T
細胞や，病原体を無毒化する「抗体」
というタンパク質をつくる B細胞は， リンパ節の中で病原体の情報を得て，侵入
者を排除するための準備をします。そのため，夜間よりも昼間のほうが免疫力が高
くなるのです。
『免疫力を科学する一侵入者との終わりなき戦いー」宮内諭著，Newton2018年2月号
より一部改変
課題文2
日本人の死亡原因の第
1
位はがん（悪性新生物）だ。死因の約
3
割を占めており，
2
0
1
7
年には約
3
8
万人ががんで亡くなった。がんの治療法として，以下の方法が三
大治療法として知られている。腫瘍を切除する「外科手術」，腫瘍に放射線をあて
-26-口
てがん細胞を殺す「放射線照射」，薬でがん細胞を殺す「抗がん剤治療」だ。いず
れの治療法にも共通するのは「がん細胞を直接の標的として攻撃する」ことだ。し
かし，ノーベル賞を受賞した本庶博士らが考えた「第
4
の治療法」は，「人間が本
来もつ免疫の力を引きだして，免疫系にがんを攻撃させる」という，これまでとは
ちがった切り口の治療法だ。
がんは，私たちの体を構成している細胞が，遺伝子の異常により，まわりの細胞
との協調性をなくして，無秩序に分裂して増え，体をこわす病気だ。私たちの体の
中では日々，タバコなどの発がん物質や紫外線，放射線，ウイルス，活性酸素など
のさまざまな原因により
DNA
に傷が入ったり，細胞が分裂して
DNA
が複製され
るときにエラーがおきたりしている。そうすると，無秩序に細胞分裂をするように
なってしまうことがあるのだ。
実は体の中では毎日数千個ものがんの芽になる細胞がつくりだされていて，それ
が体内のさまざまな防御システムによって排除されている。そんな私たちの体を
守っている防御システムの一つが「免疫系」だ。
免疫細胞たちは常に体内をパトロールし，細菌やウイルスなどの異物やがん細胞
を監視して排除している。たとえば，免疫細胞の一種である「樹状細胞」は，病原
体などの異物や死につつある細胞などを“食べて＂ ，体内を正常に保つ役割をになっ
ている。この樹状細胞は，がん細胞を食べて異物だと判断すると活性化し，
T
細胞
にがん細胞の情報を渡す。すると， T細胞が活性化して，攻撃部隊の免疫細胞であ
る 「キラー
T
細胞」に変わり，伝えられだ情報をもとにがん細胞を見わけて攻撃
する。このように，
T
細胞が活性化するしくみは，免疫系の攻撃力を高める「アク
セル」を踏むようなものだ。
免疫系は，このように敵を見つけて攻撃するのが役目だが，過敏になりすぎると
味方の細胞まで傷つけてしまうこともある。そのため，免疫系はアクセルだけでな
く「ブレーキ」もかねそなえているのだ。
た と え ば 樹 状 細 胞 の 表 面 に は 「B7」というタンパク質があり， T細胞の表面
口
T
細胞が活性化するほど増えるため，
T
細胞が過剰に反応できないしくみになって
いるのだ。この CTLA-4のブレーキの機能を発見したのが，アリソン博士らの研
究グループだ。
T細胞の表面には， CTLA-4のほかにも，「PD-1」とよばれるブレーキも備わっ
ている。この②PD-1を発見し，免疫系のブレーキの機能を見いだしたのが，本庶
博士らの研究グループだ。
「免疫の力でがんを倒すー内なる力を引きだす，がん治療の新しい道を開拓ー」福田大展著，
Newton 2018年 12月号より一部改変
問1 課題文1の下線部①で示したシステムは，大きく「自然免疫」と「適応免疫
（獲得免疫）」に分けられる。課題文
l
に含まれる語を用いて，この
2
つのシス
テムの違いを
1
6
0
字以内で説明しなさい。
問2 課題文2で述べられている「CTLA-4」や「PD-1」というタンパク質の役
割を解明するために， これらのタンパク質をつくる遺伝子の機能を失わせた
ノックアウトマウスが研究に使用された。このノックアウトマウスには， どの
ような症状が現れると予想されるか，
7
0
字以内で説明しなさい。
問3 課題文2の下線部②で示した発見を， どのようにしてがん治療に役立てられ
るか，またその際に問題になることはないか，
1
3
0
字以内で説明しなさい。
-
