高校受験の理科 消化と吸収—消化液の働きと養分の吸収経路をつなげて考える｜武蔵野個別指導塾

胆汁と消化酵素の違い、柔毛からの養分の行き先を、比較実験と図を使い、消化と吸収を読み解きます。

よくあるのは、消化液の名前を覚えた中学生が、胆汁にも消化酵素があると書く場面です。胆汁は消化を助けますが、消化酵素を含みません。何を小さく分解するのか、どこで吸収されるのかまで順にたどると、名前の暗記だけでは見えなかった違いが見えてきます。口から小腸までの変化と、小腸の壁から先の経路を結び付けましょう。

問われる場面を見分ける

出方の1つは、消化液とその働く相手を結ぶ問題です。だ液はデンプンに働き、胃液は主にタンパク質に働きます。すい液はデンプン、タンパク質、脂肪の消化に関係します。消化液という共通名だけで、どれも同じ物に働くと判断しないことが出発点です。

2つ目は、試験管の条件を比べ、変化の原因を考える問題です。片方にだ液、もう片方に水を入れたとき、ほかの条件も変えてしまうと、結果の差をだ液の働きによるものと判断できません。色の変化が起きたかどうかに加えて、何を調べる試薬なのかを読み取ります。

3つ目は、消化された養分が小腸の壁を通った後の経路を選ぶ問題です。柔毛の中には毛細血管とリンパ管があります。ブドウ糖などと、脂肪の消化によってできた物質とでは、主な入り口が異なります。消化管の中を進むことと、壁を通って体内に取り込まれることを分けて考えます。

消化液から柔毛までの道筋

食物に含まれるデンプンやタンパク質などは、そのままでは吸収されにくいため、消化によって小さな物質に分解されます。消化酵素は、その分解を進める物質です。酵素には働く相手があり、ある消化酵素がどの養分にも同じように作用するわけではありません。

図1のように、デンプンは最終的にブドウ糖に、タンパク質はアミノ酸に分解されます。脂肪は脂肪酸とモノグリセリドなどに分解されます。これらは主に小腸で吸収されます。水や無機養分などは、消化によって分解されなくても吸収されます。すべての食物成分が消化酵素で分解されてから吸収されるわけではありません。

図1のように、ブドウ糖とアミノ酸は柔毛の毛細血管に入ります。一方、脂肪の消化によってできた物質は小腸の壁の細胞で再び脂肪などになり、主にリンパ管に入ります。図は経路を示す模式図で、器官の大きさや距離を表していません。血管に入った養分は肝臓へ運ばれ、リンパ管に入ったものはリンパ液とともに進み、やがて血液に合流します。

小腸の内側には柔毛という細かな突起が多数あります。柔毛によって内側の表面積が大きくなり、養分を吸収しやすくなります。柔毛の外側が消化管の内側に面し、内部に毛細血管やリンパ管があります。食物が血管内をそのまま流れるのではなく、分解された養分が壁を通って取り込まれる点が要です。

胆汁は肝臓でつくられ、胆のうにたくわえられた後、小腸に出ます。脂肪を細かい粒にして、脂肪を分解する消化酵素が働きやすくします。この働きを乳化といいます。胆汁そのものが酵素で脂肪を分解するという意味ではありません。すい液はすい臓でつくられ、小腸に出て、その中の消化酵素が脂肪などの分解を進めます。出る場所が同じでも、作る器官と働きは区別します。

だ液の比較から結果を読む

次の実験は、考え方を調べるための自作の条件です。試験管AとBに同じ量のデンプンを含む液を入れます。Aにはだ液、Bには同量の水を加え、よく混ぜて同じ時間、同じ温度に保ちました。その後、それぞれを別の容器に分け、一方にヨウ素液を加え、もう一方にベネジクト液を加えて加熱しました。ヨウ素液はデンプンがあると青紫色になり、ベネジクト液は糖があると加熱によって赤褐色の沈殿を生じるものとします。Aはヨウ素液で青紫色にならず、ベネジクト液で赤褐色の沈殿を生じ、Bは青紫色になり沈殿を生じませんでした。

問1　AとBで変えた条件を、短い言葉で答えてください。問2　Aで起きた変化を、デンプンと糖の2語を使って1文で答えてください。問3　Bを置く理由を1文で答えてください。

図2のように、答えの手順ではまず加えた液に注目します。Aにはだ液、Bには水を加えています。同量という条件があるので、変えたのは加えた液の種類です。液の量や保つ時間も違っていたら、だ液と水の違いによる結果だと絞れません。

次に、Aの2つの結果を別々に読みます。ヨウ素液で青紫色にならないことから、調べた部分にはデンプンが検出されません。ベネジクト液で沈殿ができたことから、糖が検出されます。両方を合わせると、だ液の働きでデンプンが分解され、糖ができたと考えられます。だ液中の消化酵素をアミラーゼといいます。ここで検出された糖を、条件からすぐにブドウ糖と決める必要はありません。

Bではデンプンが検出され、糖は検出されません。したがって、同じ温度や時間に置くだけでは、Aと同じ結果は生じていません。Bは、だ液を加えたことの影響を見分けるための対照です。答えは問1が「加えた液の種類」、問2が「だ液の働きでデンプンが分解され、糖ができた」、問3が「だ液を加えたことによる変化かどうか比べるため」です。

答えを実験の場面に戻すと、AとBの違いはだ液と水であり、Aには糖が検出され、Bには検出されないという結果に対応します。もし両方で糖が検出されたなら、この結果とは異なり、加える前の液や器具なども調べ直す必要があります。加熱はベネジクト液を用いた確認の段階です。安全に配慮し、実験は指導のもとで行います。

条件が2つ違うときの判断

別の自作の実験です。同じ濃さのデンプン液を同量ずつ入れた試験管C、D、Eを用意します。Cにはだ液を、Dには同量の水を、EにはCと同量のだ液を加えます。CとDは同じ温かい条件で同じ時間保ち、EはCより低い温度で同じ時間保ちます。液の量など、記載した以外の条件はそろえます。試験後、ヨウ素液の反応を調べたところ、Cは青紫色にならず、DとEは青紫色になりました。

問1　だ液を加えたことによる違いを調べるには、どの2本を比べますか。記号で答えてください。問2　温度の違いによる結果を調べるには、どの2本を比べますか。記号で答えてください。問3　CとEの結果から言えることを、デンプンという語を使って1文で答えてください。

問1はCとDです。温度と時間をそろえ、だ液か水かを変えているからです。問2はCとEです。どちらもだ液を同量加え、温度を変えています。問3は「この条件では、Cでデンプンが検出されず、Eでは検出された」です。Eで反応が残ったからといって、だ液が全く働かなかったとまでは決められません。ヨウ素液の結果はデンプンの有無を示しますが、この条件では分解された量までは示していないためです。

DとEだけを比べると、加えた液と温度の2つが異なります。結果が同じでも、両方の条件が無関係だとは結論できません。逆に、結果が違っていたとしても、どちらの条件が差を生んだかは決められません。比べる2本の条件を一行ずつ照合し、目的以外の条件がそろっているかを見ます。

比較する前に結果が予想と違っても、すぐに実験全体を失敗と決めないことも大切です。例えば試薬を入れる前から液に色がある場合は、色の変化を判定しにくくなります。試薬を加えない液を別に用意して元の色を確かめれば、観察の手掛かりになります。また、試験管の取り違えが疑われる場合は、記号と加えた液を記録と照合します。条件や結果が確かめられなければ、その組からは原因を決めず、条件をそろえてやり直します。

胆汁の誤答を直す

「胆汁には脂肪を分解する消化酵素が含まれる」という答えは誤りです。脂肪の消化を助けることと、酵素を含んで脂肪を分解することを同じ意味にしたために起こります。図3のように、胆汁は脂肪を細かい粒にし、すい液に含まれる消化酵素が脂肪の分解を進めます。

図3のように矢印の前後に起きることを言葉で添えると、役割の混同を直せます。「胆汁が脂肪を細かい粒にし、すい液中の酵素が分解しやすくする」と書き直します。胆汁が消化を助けるという前半の知識は生かし、消化酵素を含むという部分を修正します。

もう1つの誤りは「柔毛で吸収された養分は、種類に関係なく最初に毛細血管へ入る」です。ブドウ糖とアミノ酸は毛細血管へ入りますが、脂肪の消化によってできた物質は、壁の細胞で再び脂肪などとなって主にリンパ管へ入ります。吸収後にリンパ液が血液に合流することと、柔毛での最初の経路を分ければ、行き先を取り違えにくくなります。

試薬の問題でも、青紫色にならなかったことを「糖ができた証拠」とするのは不十分です。ヨウ素液の結果が示すのはデンプンの検出です。糖の有無には別の試薬の結果を使い、両方の観察を合わせて変化を述べます。観察していないことまで答えに足さない姿勢が、比較実験の失敗を防ぎます。

練習問題

次の4問は自作の条件です。答えは後にまとめています。実験の条件値は実際の測定記録ではありません。

1. 小腸に出る液Pは肝臓でつくられ、脂肪を細かい粒にします。Pの名前と、Pに消化酵素が含まれるかどうかを答えてください。
2. 消化によってできたブドウ糖とアミノ酸は、柔毛内の毛細血管とリンパ管のどちらに入りますか。管の名前を答えてください。また、そこから先に運ばれる器官を1つ答えてください。
3. 同量のデンプン液を入れたFとGに、それぞれ同量の水とだ液を加え、同じ温度で同じ時間保ちます。試験後、Fはヨウ素液で青紫色になり、Gはなりませんでした。変えた条件と、Gで検出されなかった物質をそれぞれ答えてください。
4. ある模型で、小腸の壁の平らな部分の表面積を12 cm²、同じ範囲に突起をつけたときの表面積を36 cm²とします。突起をつけた表面積は平らな部分の何倍ですか。整数で答え、柔毛の突起が吸収に役立つ理由を1文で答えてください。

答えとたどり方

1. 胆汁で、消化酵素は含まれません。肝臓でつくられ、脂肪を細かい粒にするという条件が手掛かりです。脂肪を分解する消化酵素の働きと、細かい粒にする働きを分けます。
2. 毛細血管に入り、肝臓へ運ばれます。柔毛から出た後の経路まで戻して確認すると、2種類の養分は血液によって肝臓へ向かいます。リンパ管を主な経路とするのは、脂肪の消化後に壁の細胞で再びつくられた脂肪などです。
3. 変えた条件は加えた液の種類で、Gで検出されなかった物質はデンプンです。FとGは温度と時間をそろえているので、加えた液の違いに注目できます。Gにだ液が加わり青紫色にならないという観察に、答えが対応しています。この結果だけから、できた糖の種類までは決めません。
4. 36 ÷ 12 = 3なので、3倍です。柔毛の突起は表面積を大きくし、養分を吸収しやすくします。確かめに12 cm²を3倍すると36 cm²となり、模型の条件に戻ります。この倍率は模型の設定で、実際の小腸の倍率を示す値ではありません。表面積は表面を覆う広さなので、体積の倍率と混同しないようにします。

要点を手元に

消化酵素は養分の分解を進め、胆汁は脂肪を細かい粒にします。 柔毛は吸収する表面積を大きくします。 ブドウ糖とアミノ酸は毛細血管へ、脂肪の消化後に再びつくられた脂肪などは主にリンパ管へ入ります。 比較実験では変える条件とそろえる条件を分けます。

どこで道筋が切れたか

お子さまが消化液の名前を言えても、図1で養分の矢印を指しながら「何に分解され、どこへ入るか」を説明できるとは限りません。まず胆汁の矢印を指し、粒を細かくすることと分解を進めることの違いを尋ねます。次に柔毛の外から中へ指を動かし、ブドウ糖と脂肪の消化後の経路を別々に話せるかを見ます。

個別指導で確かめるときは、答えの語だけでなく、その語を選んだ条件を本人に示してもらいます。実験で迷う場合は、2本の試験管の共通点と相違点を書き出し、結果から言える範囲を一緒に点検します。胆汁の役割と吸収経路がつながれば、消化の図は流れとして読めます。