2021年大学入試共通テスト「生物」(第2日程)第4問「腎臓のはたらき」(配点15点)問題・解答・解説

2021年8月1日(日)18時完成・公開 予備校講師・船橋市議 朝倉幹晴

2021年大学入試共通テスト「生物」(第2日程*)第4問「腎臓」(配点計15点)の問題・解答・解説です。

*コロナ対策などのため、2021年の共通テストは1月16・17日(第1日程)、1月30・31日(第2日程)の2回、受験の機会を設けた。

本解説は、オリンピック期間中の休日を活用して作成・公開しました。
●東京オリンピック開会にあたって(オリンピック期間中に朝倉ができる社会貢献は入試問題解答解説作成)(2021年7月22日(開会式前日)、船橋市議・予備校講師、朝倉幹晴)

 

2022年以降の共通テスト「生物」を受験する人を含む大学入試「生物」選択者、物理選択で大学に入り、大学で生物を学ぶ必要がでてきた方、生物学に関心のある市民の方々に、以下解答解説をお届けします。ご活用ください。入試問題は白黒ですが、イメージ補強のため一部カラー化しました。

 

センター生物(第2日程)第4問(配点15点)

アリスさん、ルイジさん、メアリさんの三人は、お茶会で尿生成の仕組みについて話した。
ルイジ:アリス、そんなに甘いものばっかり食べていると糖尿病になるよ。
アリス:糖尿病はインスリンの分泌や需要に異常があって血液中のグルコース濃度が増える病気だから、食べ過ぎた糖がそのまま出てくるのではないはずよ。
ルイジ:ごめんごめん、まあそうだね。でお、(a)血液中のグルコース濃度が増えると、尿にグルコースが出てしまうのは、なぜなのかな。
メアリ:それは腎臓の働き方に関係しているのよ。健康なヒトは血中と原尿中のグルコース濃度はどちらも0.1%くらいだけど、最終的な尿中にはグルコースは出てこないよね。さあ、もう一杯お茶はいかが。
アリス:ありがとう。いただこうかしら。でも、お茶は大好きだけど、飲み過ぎるとトイレが近くなって困るのよね。
メアリ:お茶に含まれるカフェインに尿量を増やす作用があるからね。
ルイジ:私、尿量を増やす作用がある利尿薬Xを飲んでたことがあるよ。お医者さんが確か、(b)この薬は細尿管のループ(図1)の上皮細胞に働いて、能動輸送によるNaClの再吸収を阻害していると言っていたよ。カフェインも同じ作用かな。
アリス:(c)細尿管で起こるアミノ酸の再吸収も能動輸送よね。でも、カフェインは中枢にも効くというし、脳下垂体後葉に働いて、(d)パソプレシンの分泌量を変えているのでは。
メアリ:それは違うよ。カフェインは血管を拡張するので、腎臓への血流量の増大により腎小体でのろ過量が増えるのよ。
ルイジ:そうか、原尿量を増やしているんだね。
問1、 下線部(a)について、糖尿病患者にみられるこの現象を説明する理由として最も適当なものを、次ののうちから一つ選べ。(3点)
血中のグルコース濃度の上昇に応じて原尿中のグルコース濃度が高くなるため、細尿管における能動輸送ではグルコースの全量を再吸収しきれない。
血中のグルコース濃度の上昇に応じて原尿中のグルコース濃度が高くなるため、細尿管における受動輸送ではグルコースの全量を再吸収しきれない。
グルコース濃度は原尿中より血中のほうが高いため、細尿管における能動輸送によってグルコースが血中から尿中へ移動する。
グルコース濃度は原尿中より血中のほうが高いため、細尿管における受動輸送によってグルコースが血中から尿中へ移動する。
問2 下線部(b)について、この利尿薬Xの標的分子がNa+を能動輸送するタンパク質Yであることを、タンパク質Yを発現させた培養細胞を用いて調べる実験として適当でないものを、次ののうちから一つ選べ。(4点)
培養細胞に呼吸の電子伝達系の働きを抑える薬剤を作用させ、Na+濃度の変化に対して利尿薬Xの効果がないことを確認する。
培養細胞にDNA合成の働きを抑える薬剤を作用させ、Na+濃度の変化に対して利尿薬Xの効果がないことを確認する。
利尿薬Xの代わりに、タンパク質Yと結合するが利尿作用のない薬剤Zを用いて、Na+濃度の変化に対して効果がないことを確認する。
実験で発現させるタンパク質Yの遺伝子を組み換えてタンパク質Yの働きが失われた培養細胞を作成し、Na+濃度の変化に対して利尿薬Xの効果がないことを確認する。
問3 下線部(c)に関連して、この再吸収を担う細尿管の上皮細胞のように、能動輸送を行う細胞の電子顕微鏡写真をもとにした模式図と考えられるのは、のうちのどれか。また、その模式図と判断する根拠は、下ののうちのどれか。上皮細胞の模式図と、判断する根拠との組合せとして最も適当なものを、下ののうちから一つ選べ。(4点)
能動輸送には多量のATPが必要であるため、呼吸を行うミトコンドリアが多い。
能動輸送には多量のタンパク質合成が必要であるため、タンパク質合成の場である小胞体とゴルジ体が発達している。
能動輸送では物質を透過しやすくする必要があるため、細胞が扁平(へんぺい)になっている。
問4 下線部(d)に関連して、三人はバソプレシンの作用について、引き続き話した。次の会話文中のア~エに入る語句の組合せとして最も適当なものを、のうちから一つ選べ。(4点)

メアリ:バソプレシンは、集合管の上皮細胞の細胞膜におけるアクアポリンの量を変えることで、水の再吸収量を制御しているのね。
アリス:バソプレシンはどうやってアクアポリンの量を変えているのかしら。
メアリ:こんな実験があるよ。ラットの集合管上皮細胞におけるアクアポリンの分布を調べたら、図2のようにアに分布していたんだけど、この上皮細胞にバソプレシンを作用させると、図3のようにに移動したそうよ。
ルイジ:アクアポリンはどうやって細胞内を移動するのかな。
メアリ:このアクアポリンの移動は、アクチンフィラメントを分解する薬剤では阻害されたけれど、微小管を分解する薬剤では何も効果なかったんだって。
アリス:つまり、バソプレシンは、モータータンパク質であるに働きかけて、アクアポリンのからへの移動を促進し、集合管における水の透過性をしているのね。

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