Biology
高中
已解決

タンパク質輸送の問題ですが、実験自体何をしているのかもよく分かりません。教えてください😣

25>細胞内のタンパク質輸送に関する次の文章を読み,下の問いに答えよ。 細胞の中には細胞小器官として小胞体やゴルジ体が存在し, これらが細胞内のタンバ ク質輸送に関与することが知られている。タンパク質が小胞体やゴルジ体の間でとのよ うに輸送されるかを知るため,GFP(green fluorescent protein : 緑色蛍光タンパク質) を用いて、細胞の表面に分布し細胞膜を貫通するタンパク質(膜貫通タンパク質)Xにっ いて,以下のような実験を行った。このタンパク質Xは温度によって構造が変わり, 異 なる細胞小器官に蓄積することが知られている。 実験 膜貫通タンパク質Xと GFP の融合タンパク質(X-GFP)の遺伝子を培養細胞に 入して40℃で約 12時間培養し, X-GFP を細胞に合成させた後,以下の処理をした A群の細胞:引き続き 40℃ で2時間培養した。 B群の細胞:32℃で2時間培養した。 C群の細胞:温度を急激に20℃ にして20℃のまま2時間培養した。 なお,温度を40℃ から 32℃ や 20℃に変化させてからは, タンパク質合成はないも のとし,細胞死は起こらないものとする。 結果 X-GFP の蛍光の2時間後の分布は以下のようになった。 A群の細胞:小胞体のみに分布した。 B群の細胞:おもに細胞膜に分布した。 C群の細胞:おもにゴルジ体に分布した。 小胞体は膜貫通タンパク質の合成の場所として重要なことが知られており, ゴルジ体 の役割はタンパク質の修飾や濃縮であることが知られている。 そして, 小胞体とゴルジ 体の間や,ゴルジ体と細胞膜の間では小胞でタンパク質の輸送が行われていることが知 られている。そこで, X-GFP が細胞内でどのように輸送されるかを知るために, 細胞 内の分布の時間経過を観察した。 結果は以下のようであった。 A群の細胞:観察開始から2時間に渡り X-GFP の蛍光は細胞質全体に網目状に観察 された。 B群の細胞:40℃ から 32℃に変化させてから 30分までは, X-GFp の蛍光は網目状 に観察され,その網目状の構造物の近くで小さな球状となり,それが細胞の周辺部 から細胞の中心に向けてすばやく輸送され, 核近傍務に集積した。その後, X-GFP の蛍光がやや大きい細長い構造物として, 核近傍に集積した場所から辺縁部に移動 し、細胞の辺縁部の蛍光が増強することがわかった。 C群の細胞:核近傍にX-GFP の蛍光が集積していた。 (1) 観察されたX-GFP の細胞内での動きについて, 次の文中の(ア)~(ウ)に入る適語を答 えよ。また,40℃から32℃にしてから 30分までと, 30分から2時間までの間では、 各々,どの細胞小器官からどの細胞小器官への動きをおもに観察することができるか。 (エ)~(キ)に入る適語を答えよ。
発展問題B-33 X-GFP は,40℃ では( ア)から出られず、20℃ では(イ)から出ることができない が、32℃ では(ア)から(イ)を通って(ゥ)に行くことができることがわかる。 30分まで:(エ)から(オ) (2) C群の温度を20℃ から32℃に上げるとX-GFP の蛍光の分布はどうなると考えら れるか。30字以内で答えよ。 (3) B群の細胞で観察された事象について, 下線部の細胞小器官は何か答えよ。 (4) B群の細胞で観察された小胞体から細胞膜へのX-GFP の輸送について, 次の言葉 を用いて 100字以内で説明せよ。(小さい球状の構造物, やや大きい細長い構造物, 細胞の核近傍,ゴルジ体) 30分から2時間まで: (カ)から(キ) (10 大阪大改)
(1)(ア)-小胞体(イ)-ゴルジ体 (ウ)-細胞膜 (エ) - 小胞体 (オ)-ゴルジ体 (カ)- ゴルジ体 (キ)- 細胞膜 (2) 核近傍に集積した場所から辺縁部に移動し,辺縁部に集積する。(29字) (3) ゴルジ体 (4) X-GFP の輸送は, まず小さい球状の構造物に含まれた状態で細胞の核近傍にあるゴルジ 体に輸送され,そこで加工されたあとに,やや大きい細長い構造物に含まれた状態で細胞の 辺縁部にある細胞膜に輸送される。 (98字) 25 薬1目 リード文の鍵、p.32, 20~22行目「小胞体は膜貫通タンパク質の合成の場所として重要な ことが知られており, ゴルジ体の役割はタンパク質の修飾や濃縮であることが知られている。 そして,小胞体とゴルジ体の間や, ゴルジ体と細胞膜の間では小胞でタンパク質の輸送が行 われている」 タンパク質が小胞体→ゴルジ体→細胞膜の順で移動することがわかる。 (1)(ア),(イ), (ウ) 実験とその結果から, X-GFP を細胞に合成させた後, A群の細胞は 40℃で 2時間培養して小胞体のみに分布したことから, 40℃ではタンパク質は小胞体から移動でき ないことがわかる。B群の細胞は, 32℃で2時間培養し細胞膜におもに分布したことから、 32℃でタンパク質は小胞体→ゴルジ体→細胞膜と輸送されることがわかる。C群の細胞は, 温度を急激に 20℃にして 20℃のまま2時間培養しゴルジ体におもに分布したことから, 20℃ では小胞体→ゴルジ体への輸送は行われるが,ゴルジ体→細胞膜への輸送は行われないこと がわかる。 (エ,(オ) A群の細胞は小胞体のみに分布し,観察開始から2時間に渡り X-GFPの蛍光が 細胞質全体に網目状に観察されたことから,小胞体は網目状であることがわかる。B群の細 胞は細胞膜におもに分布し細胞の辺縁部の蛍光が増強したことから,細胞の辺縁とは細胞膜 のことであると判断できる。 C群の細胞はゴルジ体におもに分布し, 核近傍にX-GFP の蛍 光が集積していたことから,核近傍というのがゴルジ体であると判断できる。以上のことを ふまえ,細胞内の分布の時間経過の観察結果から、B群の細胞では, 40℃から 32℃に変化さ せてから30分までに小胞体→ゴルジ体への輸送が行われることがわかる。また,核近傍に集 積した場所から辺縁部に移動し, 細胞の辺縁部の蛍光が増強することから, 温度変化後 30分 から2時間までに,ゴルジ体から細胞膜への輸送が行われることがわかる。

解答

✨ 最佳解答 ✨

まず、
今回は、タンパク質が小胞体やゴルジ体の間でどのように輸送されるかを知るために実験を行っています。
そのために、『小胞体が合成すると言われている膜貫通タンパク質X』に着目しています。
で、タンパク質は目に見えないのでGFPという蛍光色素を膜貫通タンパク質Xに融合させて(融合したものをX-GFPという)、タンパク質の動きが見えるようにしています。

実験という部分(オレンジで囲んだ部分)では、
とりあえず、まず、40℃で約12時間、培養細胞にX-GFPを合成させたと書いています。
  ※この部分には書かれていませんが、培養細胞の中の小胞体に合成させています
その後、X-GFPを合成させた培養細胞をA群とB群とC群の3つに分けて
『A群の細胞は引き続き40℃で2時間培養し、B群の細胞は32℃で2時間培養し、C群の細胞は20℃で2時間培養』したことがわかります。

で、上記のように温度だけを変えて2時間培養した結果は緑で囲んだ部分より、
A群の細胞ではX-GFPは小胞体のみに存在し、B群の細胞ではX-GFPは主に細胞膜に存在し、C群の細胞ではX-GFPは主にゴルジ体に存在していた。
この結果より、
【40℃ではX-GFPは小胞体のみに存在し、32℃ではX-GFPは主に細胞膜に存在し、20℃ではX-GFPは主にゴルジ体】
ということがわかる。

でも、これではタンパク質が小胞体やゴルジ体の間でどのように輸送されるかはわからないので、培養していた2時間の間を観察すると(紫で囲んだ部分)、 
A群の細胞では2時間の間ずっと、X-GFPは細胞質全体に網目状に存在していた。
 すなわち、A群の細胞、すなわち40℃では、X-GFPは移動していないことがわかる。
 この事と、A群の細胞、すなわち40℃では2時間後X-GFPは小胞体のみに存在したことと、X-GFPは小胞体で合成される
 ことから、【40℃ではX-GFPは小胞体から動いていないことがわかる】
  ※X-GFPは小胞体で合成された後、移動していないで、2時間後X-GFPは小胞体のみに存在してません
 
続く 
画像は後で送ります

たこ焼き

B群の細胞では、32℃にしてから30分はX-GFPはA群の細胞と同じように観察され、その後、核近傍に運ばれ、さらにその後、細胞の辺縁部すなわち細胞膜に移動されていた。
 すなわち、【32℃にしてから30分まではX-GFPは小胞体に存在し、その後、核近傍、細胞膜
 へと移動されていた】ことがわかる。
  ※だから、2時間後のB群の結果は、主に細胞膜にX-GFPが存在してましたよね。  
C群の結果では、2時間の間X-GFPは核近傍に存在していた。
で、C群の細胞、すなわち20℃では2時間後X-GFPは主にゴルジ体に存在したことと、X-GFPは小胞体で合成されることから、
【20℃ではX-GFPは小胞体からゴルジ体に動いたことがわかる】
  ※だから、2時間後のC群の結果は、主にゴルジ体にX-GFPが存在してましたよね。
また、【核近傍に存在したのはゴルジ体だとわかる】

以上より、X-GFPは32℃では、【小胞体→ゴルジ体→細胞膜】という順で動くことがわかった。

という実験です。

これで問題解けますか?分からなければ質問してください

ポム

とても詳しくご解説いただきありがとうございます!!
ゆっくり考えてみます🙇‍♂️

ポム

何回も読ませていただいてどういう実験なのか理解できました!
色分けしていただいた画像を見て何のための実験をしているのか整理できましたが、自分では問題文が長いと焦ってしまってどうしたらよいか全然分かりませんでした。
ありがとうございました🙏

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