パスウ イ解析
パスウェイ解析・
システム⽣物学演習
システム⽣物学演習
内容 内容
• バイオインフォマティクス技術者認定試 験における過去の問題を解く
験における過去の問題を解く。
–
復習：理解の確認、理解を深める。
H19 問 69 H19 問 69
• 5
種類の⽣物種について、
6つの遺伝⼦
(A,B,C,D,E,F)のゲノム中の有無を調 べ系統プロ ファイルを作成した。系統プロファイルは、⽣物種の数の要素
(この例では
5つ
)を持つ ベクトルで表現され 遺伝⼦がある場合は
1無
(この例では、
5つ
)を持つ ベクトルで表現され、遺伝⼦がある場合は
1、無 い場合は
0が要素となる。以下の系統プロファイルから、相互作⽤すると 考えられる遺伝⼦の組み合わせはどれか。選択肢の中から ⼀つ選べ。
•
ただし、ベクトル中の要素
(⽣物種
)の並びは、同じになっている。
<
系統プロファイル
>遺伝⼦
A(1,0,0,1,1)遺伝⼦
B(0 1 1 0 0) 1)遺伝⼦
Bと遺伝⼦
Cプロファイルが同じ 選択肢
共進化したと考えられる。
遺伝⼦
B(0,1,1,0,0)遺伝⼦
C(1,0,0,1,1)遺伝⼦
D(1,0,1,0,0)遺伝⼦
E(0 0 1 1 1))
2)
遺伝⼦
Aと遺伝⼦
C共進化したと考えられる。
相互作⽤すると期待 遺伝⼦
E(0,0,1,1,1)遺伝⼦
F(0,1,0,1,1) 3)遺伝⼦
Dと遺伝⼦
E4)
遺伝⼦
Eと遺伝⼦
F 4)遺伝⼦
Eと遺伝⼦
FH19 問 76 H21 問 79 ( 類似 ) H19 問 76, H21 問 79 ( 類似 )
•
以下に⽰す図は、代謝物の流束が定常である
A→B、
B→C、
B→D、
C→D、
D→E、
C→Fの代謝反応モデルである。⽮印に添えられている数値は流束の 測定値 「
?」は流束を測定し ていないことを⽰す
Aは基質
B C Dは中 測定値、「
?」は流束を測定し ていないことを⽰す。
Aは基質、
B,C,Dは中 間産物、
Eと
Fは⽣成物である。この代謝流 束モデルの解釈として適切で はないものを選択肢の中から⼀つ選べ。 ただし、流束は全て
0(ゼロ
)以上で ある
ある。
1. Dから
Eの流束は
50である。
v4=v2+v3, v2=100‐v1, v3=v1‐50
より
v4=50 2. Cから
Dの流束が
0となる場合はあり
得る。
v1
その場合、
v1=50。
v1と
v2は
?で、
3. B
から
Cへの流束が測定できれば、全
v2
その場合、
v1 50。
v1と
v2は
?で、
そのように設定できる。
3
流束
ての代謝流束分布が求められる。
v3
v4 v2=100‐v1, v3=v1‐50, v4=50
より明らか
4. B
から
Dへの流束を最⼤にする条件下
では、
Bから
Cの流束は
60となる。
v2=100‐v1
で
v1≥50なので
v2
の最⼤は
50×
95
H19 問 77 H19 問 77
•
次の図は、フィードバック制御
(FB制御
)とフィードフォワード制御
(FF制御
)を⽤い ることによって制御対象を乱す外的要因
(外乱
)のある状態で、出⼒値を⽬標値
(設定 値
)に制御する系を模式的に⽰している。これらの制御に関する次の説明⽂の中で、
値
)に制御する系を模式的に⽰している。これらの制御に関する次の説明⽂の中で、
不適切な ものはどれか。⼀つ選べ。
1. フィードフォワード制御(FF 制御)は、外乱が発⽣した場合に,その影響が出⼒値に 現れる前にあらかじめそ の影響をなくすように必要な修正動作を⾏う制御⽅式である。
の影響をなくすように必要な修正動作を⾏う制御⽅式である。
2. フィードフォワード制御(FF 制御)は、与えた操作量(操作変数)の結果である⽬標値(設定値)をモニターして から修正する。
3. フィードバック制御(FB 制御)は、外乱が発⽣した場合にその影響が出⼒値に現れてからでなければ修正を⾏
えないという問題点がある。
×
4. フィードバック制御(FB 制御)とフィードフォワード制御(FF 制御)は、それぞれ異なる制御特性を持つため、
両者を適切に組み合わせることによって制御性能は向上する。
H19 問 78 H20 問 77 ( 類似 ) H19 問 78, H20 問 77 ( 類似 )
•
タンパク質の発現量の変化が次のような微分⽅程式で与えられる時、この 数学モデルの解 釈として適切ではないものを選択肢の中から⼀つ選べ。
dX
dt = a K
K + X − bX
ただし、
Xは対象としているタンパク質の濃
度、
a,b,Kは定数、
tは時間を表している。
1.
定数
bが増加すると
Xの定常状態値
( dX/dt= 0の時の
Xの値
)は上昇する。
aK/(K+X)‐bX=0
を解けばよい。
分解速度が⼤きく 定常状態値 減少す
×
2.
定数
aが増加するとタンパク質の合成速度の項が⼤きくなるので
Xの定常 状態値
(dX/dt =0の時の
Xの値
)は上昇する。
分解速度が⼤きくなるので、定常状態値は減少する。
状態値
(d /dt 0の時の の値
)は上昇する。
3 K
が
Xよりもはるかに⼤きい時
(K>>X ) Xの定常状態は
a/bと近似できる
3. Kが
Xよりもはるかに⼤きい時
(K>>X )、
Xの定常状態は、
a/bと近似できる。
定数
の時
Xは時間とともに
に近づいてゆく
a−bX=0より
X=a/b4.
定数
a=0の時、
Xは時間とともに
0に近づいてゆく。
dX/dt=−bX
をとけば
X(t)=exp(−bt)なので。減少の項のみなので明らか
H19 問 79 H19 問 79
•
ロバストネスは、⽣命システムが環境変化や遺伝⼦の⽋損に対して恒常性 を維持する性質 と考えることができる。次に⽰す説明⽂のうち、ロバスト ネスに関する記述として適切で はないものはどれか つ選べ
ネスに関する記述として適切で はないものはどれか。⼀つ選べ。
1.
フィードバック制御やフィードフォワード制御はロバストネスを⽣み出す メカニズム である。
2.
冗⻑なネットワーク構造はロバストネスの向上に有⽤である。
3.
× ロバストネスは脆弱性と⾔い換えられる。
4.
ロバストネスを評価する⽅法として感度解析や安定性解析が⽤いられる。
H19 問 80 H19 問 80
• 以下に⽰したように、遺伝⼦をノード(○)、遺伝⼦間の相互作⽤をエッジ(‐)とした、 無向グラフ を⽤いて、遺伝⼦ネットワークを表すことができる。次に⽰した説明⽂の中で、 遺伝⼦ネット ワークの特徴についての記述として適切なものはどれか。⼀つ選べ。
• ただし、選択肢の中で、スケールフリー性とは、次数(各ノードが持つエッジの数)の分 布がべき 乗則に従う性質を、ランダムネットワークとは、エッジがノード間に規則性を持 たずに張られて いるネットワークを、さらに、完全グラフはどの⼆つのノードも必ずエッジで連結されているグ ラフをそれぞれ表す
ラフをそれぞれ表す。
1.
遺伝⼦ネットワークには、スケールフ リ 性が⾒られる例はない
× リー性が⾒られる例はない。
2.
全ての遺伝⼦ネットワークは、ランダム ネットワ クとみなされる
× ネットワークとみなされる。
3.
遺伝⼦ネットワーク中で、多数の遺伝⼦
と相互作⽤をするハブの役割をもつ遺伝 と相互作⽤をするハブの役割をもつ遺伝
⼦がみられる場合がある。
4.
× 全ての遺伝⼦ネットワークは、完全グラ
4.全ての遺伝⼦ネットワ クは、完全グラ
フである。
×
H20 問 68 H20 問 68
•
たがいに遠い進化的関係にある
4種の原核⽣物のあるオペロン中の遺伝⼦の並びを
⽰す。
4種の原核⽣物中、
3種以上の間で、オペロンの中で遺伝⼦の順番が保存され ている場合、そ れらの遺伝⼦にコードされているタンパク質は相互作⽤すると予測 ている場合、そ れらの遺伝⼦にコ ドされているタンパク質は相互作⽤すると予測 する。遺伝⼦
αと
βの 順番が保存するとは、例えば、オペロン中で遺伝⼦
αが上流で、
遺伝⼦
βが下流にあると いう関係が複数のゲノムで観察されることをさす。この時、
他の遺伝⼦がその⼆つの遺伝 ⼦
αと
βの間に存在しても良いものとする。次のオペロ 他の遺伝⼦がその の遺伝 ⼦
αと
βの間に存在しても良 ものとする。次のオ
ン構造の図から予測されるタンパ ク質間相互作⽤としてもっとも適切なものを選択
肢の中から⼀つ選べ。
H20 問 78 H20 問 78
右図のようなタンパク質X、Y、Z からなるフィードフ ォワードループがあ る。シグナルSx を感知して、タ ンパク質Z が合成される。Z の合成式は
dZ
dt = θxθy − Z θx = 1 (Sx ≥0) 0 (Sx = 0)
⎧ ⎨
⎩ θx = 1 (Y > 0.5) 0 (Y ≤ 0.5)
⎧ ⎨
⎩
である (斜体の⽂字は対応する物質の濃度を表すもの とする )このとき である。(斜体の⽂字は対応する物質の濃度を表すもの とする。)このとき、
下図に与えられたSx とY の時 間変化に対するZ の時間変化曲線でもっとも 適切な ものを選択肢の中から⼀つ選べ。
H20 問 79 H20 問 79
• 下図は出⼒値y を⽬標値(⼊⼒値) y 0 に制御するフィードバックシステムである。出⼒値y はβ 倍 されて⼊⼒値にフィードバックされる。K はゲインである。このとき、K(y0−βy)=yの関係が成⽴
するとする。このフィードバックシステムの記述に関して 不適切なものを選択肢の中から⼀つ選 べ。
1. y =K/(1+βK)y0
なので、
K >>1のとき、出⼒値
y → y0/βとなり、出⼒値
yは
Kの値の変化に対し バストになる
の値の変化に対してロバストになる。
2. K >>1
× のとき、
ββの変化に対して、出⼒値
yyはロバストになる。
3. K >>1
、
β =1のとき、出⼒値
y → y0となる。
×
4. β
が⼤きくなると、出⼒値
yは⼩さくなる。
H20 問 80 H20 問 80
時間 関数 ある変数 からなるシ ム 連⽴微分⽅程式が以下 ように表される
dy1
dt = 2y1 − 3y2
d y⎛ 1
⎜ ⎞
⎟ ⎛ 2 −3
⎜ ⎞
⎟⎛ y1
⎜ ⎞
⎟
時間の関数である変数y1、y2からなるシステムの連⽴微分⽅程式が以下のように表される。
dt dy2
dt = 4y1 −5y2
d dt
y1 y2
⎝ ⎜
⎠ ⎟ =
4 −5
⎝ ⎜
⎠ ⎟ y1 y2
⎝ ⎜
⎠ ⎟
⾏列の固有値を⽤いて、システムの安定性を論じることができるが、平衡状態(原点)におけるシス テムの安定性に関する記述でもっとも適切なものを選択肢の中から⼀つ選べ。安定とは、システム に摂動が与えられた場合、すみやかに元 の平衡状態にもどれることをいう。
2 − λ −3
0
(λ −2)(λ +5)+12 = 0
λ2 3λ 2 0 λ 1 2
4 −5 − λ = 0 λ2 + 3λ +2 = 0 (λ +1)(λ +2) = 0
λ = −1,−2
1.
固有値は
1、
2であるので、システムは安定である。
2.
固有値は
1、
2であるので、システムは不安定である。
固有値は
であるので システムは安定である
× ×
3.
固有値は
‐1、
‐2であるので、システムは安定である。
4.
固有値は
‐1、
‐2であるので、システムは不安定である。
× ×
H21 問 78 H21 問 78
酵素反応速度式 あるミカ リ メン ン式は 以下 ように⽰される 酵素反応速度式であるミカエリス・メンテン式は、以下のように⽰される。
dP
dt = V⋅ S K + S dt K + S
のように⽰される。t は時間、P は⽣成物濃度、S は基質濃度、V は最⼤反応速度、K はミカエリス定 数である。ミカエリス・メンテン式の記述として不適切なものを選択肢の中か ら⼀つ選べ。
1. ミカエリス定数が⼤きいほど、基質と酵素の結合⼒は弱いと考えてよい。
2. 基質濃度の逆数と反応速度の逆数をそれぞれX 軸とY 軸にプロットして得た直線のX軸切⽚の逆 数の絶対値をミカエリス定数とみなしてよい。 1
= K 1 + 1
= 0 より 1/S = −1/K
3. 基質濃度がミカエリス定数より⼗分に⼩さいとき、反応速度は基質濃度に⽐例するとみなしてよ い。
v =
V S +
V = 0 より 1/S 1/K
4.
×
基質濃度がミカエリス定数の2 倍のとき、反応速度は最⼤になると考えてよい。V 2K 2 V⋅ 2K
K +2K = 2
3V 最⼤反応速度の1/2を与える基質濃度がK
H21 問 80 H21 問 80
ある節⾜動物 胚における遺伝⼦ 発現を考える 遺伝⼦は 末端に シ 調節領域
ある節⾜動物の胚における遺伝⼦αの発現を考える。この遺伝⼦は5 ́末端に 3 つのシス調節領域A、B、 C を持つ。A にはアクチベータータンパク質X が、また B、C にはそれぞれ リプレッサータンパク質Y、 Z が結合する。この遺伝⼦は、アクチベーターが結合していな いと発現しない。しかし、アクチベー ターが結合していても、リプレッサーが⼀個でも結合していると、この遺伝⼦は発現しない。胚は8 タ が結合していても、リプレッサ が 個でも結合していると、この遺伝⼦は発現しない。胚は8 つの区画に分割され、⿊く塗りつぶして ⽰してある区画で遺伝⼦X、Y、Z が発現しているとする。
この次の発⽣段階における遺伝 ⼦αの発現のパターンとして正しいものを選択肢の中から⼀つ選べ。
X XY
X
があり
Yも
Zもないセルが発現する。
Z XZ YZ XY
