英語版クイズをもとにAIで日本語で作成しました。出典は日本語版ウィキペディアにリンクしています。
ミトコンドリアは、ほとんど全ての真核生物の細胞にある細胞小器官。外膜と内膜の二重の膜に包まれ、独自のDNAを持ち、細胞が使うATPの多くを作り出している。 このクイズでは、膜の構造やTCAサイクル、電子伝達系といった基本から、mtDNAの変わった性質、細菌に由来するとされる起源、筋肉やがんとの関わりまでを幅広く出題する。 理科の授業で習った知識の確認にも、仲間との雑学勝負にも使える。
全30問の答えと解説。クイズで遊ぶ
Q 01TCAサイクルで生じ、ミトコンドリアの外へ拡散して排出される気体は？
二酸化炭素
TCAサイクルではNADHやFADH2も生成され、その還元力は内膜にある電子伝達系へ渡される。
Q 02全人類のミトコンドリアの「母親」とされる女性がいたと考えられる大陸は？
アフリカ
この女性は「ミトコンドリア・イブ」と呼ばれるが、全人類の起源が1人の女性にあるという意味ではない。
Q 03ミトコンドリアの電子伝達系で、還元力が最終的に渡される物質は？
酸素
電子を電気陰性度の高い物質に押し付ける形になっており、その過程で内膜を隔てた濃度勾配が作られる。
Q 04ミトコンドリアの内膜に囲まれた内側の区画を何と呼ぶ？
マトリクス
ここにはmtDNAやリボソームもあり、ミトコンドリアの全タンパク質の6割から7割が存在する、タンパク質濃度の非常に高い区画である。
Q 05ミトコンドリアが少なくグリコーゲンが多いため、白く見える筋線維は？
速筋線維
解糖系で速くATPを作り出せる反面、この方法では長時間の運動は続けられないという欠点がある。
Q 06同種交配の受精卵で選択的に排除されるのは、何に由来するミトコンドリア？
精子
このためmtDNAは母親から引き継がれる。ただし実験的に異種交配させた場合は、この排除のプロセスが失敗することがあると知られている。
Q 07ミトコンドリアの反乱を描いた小説『パラサイト・イヴ』の作者は？
瀬名秀明
1995年に第2回日本ホラー小説大賞を受賞した作品で、映画やゲームにもなった。
Q 08ミトコンドリアが一過的に貯蔵し、細胞内濃度の恒常性に貢献する元素は？
カルシウム
迅速に取り込んだ後で放出することで、濃度の緩衝作用を果たしている。取り込みは内膜の輸送体が担い、ミトコンドリアの膜電位に依存する。
Q 09ミトコンドリアの内膜と外膜に挟まれた空間を何と呼ぶ？
膜間腔
外膜が低分子を自由に透過させるため、この空間のイオンや糖などの組成の多くは、ほとんど細胞質と同等である。
Q 10ミトコンドリアのTCAサイクルへ入る基質となる物質は？
アセチルCoA
ピルビン酸からは、ミトコンドリア内でピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体による脱炭酸を受けて生成する。
Q 11呼吸鎖複合体が内膜を挟んで汲み出し、濃度勾配を作る粒子は？
プロトン
この濃度勾配は物質輸送に関わるほか、ATP合成酵素を駆動してADPをATPに変換するのに使われる。
Q 12ミトコンドリアで脂肪酸の炭素鎖を2つずつ切り離す反応を何と呼ぶ？
β酸化
この反応ではFADH2とNADHも1分子ずつ生成し、電子伝達系に使われてより多くのATPを産生できる。
Q 13遅筋線維や心筋が赤く見えるのは、何が多く含まれるため？
ミオグロビン
赤色の筋肉では乳酸をためずにATPを合成できるため、運動強度が低い場合は遅筋線維が主として働いている。
Q 14ミトコンドリアの祖先の細菌が真核細胞に入り込んだのは約何年前？
Q 21ミトコンドリアの直径はおよそどれくらい？
0.5 μm
形状は球形、円筒形、紐状、網目状などさまざまで、長さのほうは10 μmに達するものも珍しくない。
Q 22ギリシャ語の語源をもとにしたミトコンドリアの和訳はどれ？
糸粒体
語源はギリシャ語で「糸」を意味するmitosと、「顆粒」を意味するchondrionである。
Q 23ミトコンドリア外膜に大量に存在し、チャネルを形成する膜タンパク質の総称は？
ポリン
分子量5000以下の分子はこのチャネルを通過できるが、より大きなタンパク質は特別な移行シグナルがなければ取り込まれない。
Q 24ミトコンドリアの脂質膜とmtDNAを酸化から保護する物質は？
20億年
真核生物のミトコンドリアの起源は単一であるとされ、高等植物のものだけは新たに獲得されたという意見は現在では否定されている。
Q 15ミトコンドリアがアセトアルデヒドを代謝して変換する物質は？
酢酸
この代謝を担う酵素の活性が遺伝的に低いヒトが東洋人などの一部に見られ、アセトアルデヒドの毒性が強く出やすい。
Q 16ミトコンドリアの外膜が物理的に関係し、脂質の交換を行う細胞小器官は？
小胞体
外膜の進化的起源は真核生物の細胞内膜系だと考えられている。一方、内膜は共生細菌の細胞膜に由来するとされる。
Q 17ミトコンドリアから細胞質へ漏れ出すとアポトーシスを引き起こすタンパク質は？
シトクロムc
このタンパク質を含むため、ミトコンドリアは本来は赤味を帯びている。ヤヌスグリーンで染めると青緑色になる。
Q 18筋肉で発生した乳酸を肝臓でグルコースの再生に使う回路を何と呼ぶ？
コリ回路
乳酸はピルビン酸に戻すこともでき、遅筋線維や心筋では外部から取り込んだ乳酸をミトコンドリアのTCAサイクルに投入している。
Q 19ミトコンドリアゲノムは、どの細菌群から受け継がれたとされる？
αプロテオバクテリア
そのため遺伝子発現には細菌と共通した特徴があり、たとえば翻訳の開始にフォルミル化メチオニンが利用される。
Q 20化学浸透説を最初に唱え、1978年にノーベル化学賞を受賞した人物は？
ピーター・ミッチェル
内膜を隔てた電気化学的勾配のポテンシャルを使って、ADPと無機リン酸からATPが作られるという原理である。
アスコルビン酸
グルコーストランスポーターのGLUT1を介して酸化型のまま運び込まれ、還元されてからミトコンドリアに蓄積される。
Q 25TCAサイクル自体で産生される、実質上ATPと等価な物質は？
GTP
こうしたエネルギー産生から、ミトコンドリアは比喩的に「真核細胞のエネルギーを作り出す場」と説明される場合もある。
Q 26ラットより心臓ミトコンドリアのフリーラジカル漏出量が少ないと示された鳥は？
ハト
最長寿命はラットの7年に対して35年と長い。両者の代謝率と心拍出量はほぼ同等である。
Q 27真核生物全体を見渡すと一般的なクリステの形状はどれ？
管状
日本の教科書で広く知られる平板状のクリステは多細胞動物や陸上植物に見られるもので、むしろ特殊な形状である。
Q 28Hsp60を用いた系統解析でミトコンドリアに最も近縁と示された細菌は？
リケッチア
細胞内寄生生物である点や、TCAサイクルを持つのに解糖系を持たない点、ゲノムが小さい点など、ミトコンドリアと共通した特徴が複数見られる。
Q 29筋肉の震えを伴わない熱産生に関わる脱共役タンパク質はどれ？
サーモジェニン
若齢や冬眠中の哺乳類に見られる褐色脂肪組織のミトコンドリアに多く存在している。
Q 30ATP合成酵素の反応機構を解明したボイヤーらのノーベル化学賞は何年？
1997年
受賞したのはポール・ボイヤーとジョン・E・ウォーカー。この酵素は内膜を隔てた電気化学的勾配を利用してADPをATPに変換する。