高校生物基礎 ホルモンと調節—分泌から標的器官の反応までを矢印で結ぶ｜武蔵野個別指導塾

ホルモンが血液で届く範囲と、受容体をもつ細胞が反応する条件を分け、分泌を抑えるフィードバックの向きを確かめます。

定期テスト前に、ホルモンが血液に入るなら、体の全細胞が同じ反応をするはずだと考える場面があります。血液が広く運ぶことと、運ばれた先の細胞が反応することは別の段階です。どこから出て、何を通り、どの細胞が受け取るかを順に書き出すと、図の矢印の意味も見えてきます。

問いを3つの段階に分ける

まず、名称を選ぶ問題です。ホルモンを血液中に分泌する器官を何というか、特定のホルモンに反応する細胞や器官を何というかが問われます。言葉を覚えるときには、分泌する側と反応する側を同じ場所に置かないようにします。分泌した器官と、そのホルモンの作用を受ける器官は、離れた場所にあってもかまいません。

次に、模式図や資料を読む問題です。血液を通る経路をたどった後で、受容体があるかどうか、実際にどんな反応が起きたかを調べます。受容体をもつ細胞が同じ血液に接していても、別の細胞と同じ反応を示すと決めつけることはできません。資料で示された条件に戻り、観察したこととそこから考えたことを分けて書きます。

最後に、分泌量の変化を理由とともに説明する問題です。作用の結果が分泌する側に返って、その作用を弱める向きに調節する場合を、負のフィードバックといいます。増えたものが何か、どこに作用するかを文章に入れると、「抑える」という言葉の向きが明確になります。血糖の具体的な調節はここでは詳しく扱わず、調節の仕組みを中心に考えます。

血液による運搬と細胞による受容

内分泌腺は、ホルモンを血液中に分泌する器官です。ホルモンは血液によって体内を運ばれ、特定の細胞に作用して、その活動を調節します。汗のように管を通って体表へ出る分泌と、血液中へ出る内分泌は区別します。ホルモンが運ばれる経路を、神経そのものが伸びている経路と取り違えないことも必要です。

受容体は、特定のホルモンを受け取るはたらきをもつものです。ホルモンが受容体に結びつくことが、その細胞の反応につながります。受容体はホルモンの種類によって細胞膜や細胞内にあります。血液がホルモンを運んでいても、それに対応する受容体をもたない細胞では、同じ仕組みによる反応は起こりません。

ホルモンの作用を受ける細胞を標的細胞、その細胞を含む作用先の器官を標的器官と呼びます。標的器官という言葉は、ホルモンがほかの器官を通らず直接そこへ届けられるという意味ではありません。血液は広く巡り、その中で受け取れる細胞が作用先になります。また、対応する受容体があることは反応を考える手がかりですが、反応の内容や強さまで受容体の有無だけから決めることはできません。

図1は、分泌から反応までの模式図です。左から右への矢印は、ホルモンの移動と作用の順序を示します。血液に接する2種類の細胞のうち、対応する受容体をもつ細胞を標的細胞として描いています。

図1のように、内分泌腺から血液への矢印はホルモンの移動、標的細胞から反応への矢印は作用を表します。受容体のない細胞にも血液が届くことと、その細胞が同じ反応を示すことを混同しないようにします。図に描いた受容体の有無は、この模式図の条件です。実際の体内では、細胞の種類や状態によって受容体や反応は異なります。

負のフィードバックでは、反応の結果が出発点へ戻る向きの関係に注目します。例えば甲状腺ホルモンが増えると、その分泌を促す上位のはたらきが抑えられます。すると甲状腺を刺激するはたらきが弱まるため、増加が抑えられる方向に調節されます。これは量が常に一定で変化しないという意味ではなく、変化を打ち消す方向に調節がはたらくという意味です。

基本例題：同じ血液を受けた細胞を比べる

次の表は、説明のために作った資料です。内分泌腺からホルモンHが血液に分泌され、血液は細胞Aと細胞Bの両方に届いています。細胞AはHに対応する受容体をもち、細胞Bはもっていません。この資料では、H以外の条件は比べる前後で同じです。Hが届いた後に観察された反応を表に示します。

問いは2つです。Hの標的細胞をA、Bから選び、記号で答えてください。さらに、同じ血液に接する2種類の細胞が同じ反応を示さなかった理由を、「受容体」という語を使って1文で説明してください。Hと物質Pは、この問題のために置いた名称です。実在する測定値を示しているわけではありません。

図2は、この条件を整理した模式図です。矢印はHの移動と、その後に観察された作用を表します。血液からAとBへ分かれる2本の矢印は、血液が両方に届くという条件に対応します。

図2と表を照らして、最初に分泌するものを確認します。内分泌腺から出たのはHで、運ぶのは血液です。Aにだけ血液が届くという条件ではありませんから、反応の違いを血液の到達の有無で説明すると問題の条件と合いません。

次に、Hに対応する受容体の列を見ます。Aにはあり、Bにはありません。さらに反応の列を見ると、Aでは物質Pの放出が増え、Bでは変化がありません。したがって、この資料でHの作用を受けた標的細胞はAです。記号だけを選ぶなら答えは「A」です。

理由を1文にすると、「AはHに対応する受容体をもち、Bはもたないため、Hを受け取ったAでは反応が起こり、Bでは起こらなかったからです」と書けます。血液が両方に届くという共通条件を残したまま、受容体の違いと反応を結びつけています。答えを表に戻すと、Aの受容体ありと放出増加、Bの受容体なしと変化なしの両方に矛盾しません。

反対に、表からいえないこともあります。この資料には、Bが別のホルモンにも反応しないという条件はありません。Hの受容体がないことから、あらゆる受容体がないと広げるのは行き過ぎです。AとBの反応はHをめぐる比較として答えます。

応用例題：戻る矢印の向きを読む

次の資料も自作です。ある内分泌腺がホルモンKを分泌し、Kは血液で標的細胞に届きます。標的細胞はKの作用を受けて物質Rを放出します。Rが増えると、内分泌腺からのKの分泌が抑えられます。Rが減ると、その抑制が弱まります。ほかの条件は変化しないものとします。

Rが一時的に増えた直後、Kの分泌は増えるか減るかを答えてください。続けて、Rの増加が続きにくくなる理由を、Kと標的細胞の両方に触れて説明してください。量を数値で求める問題ではありません。資料に書かれた作用の向きだけを使います。

出発点は「Kが増えた」ではなく「Rが増えた」です。資料の最後から、Rが増えたときの作用先は内分泌腺で、作用はKの分泌を抑えることだと拾います。よってKの分泌は減ります。次に、Kが標的細胞に働いてRの放出を促すという前半の条件へ戻ります。Kの分泌が減れば、その作用は弱まり、Rの放出も抑えられる方向に向かいます。

答えは「Kの分泌は減る。増えたRがKの分泌を抑え、標的細胞へのKの作用が弱まることで、Rの放出が抑えられるからです」です。Rの増加が、さらにRを増やす向きではなく、もとの増加を弱める向きに返っています。この関係が負のフィードバックです。

分かれ目は、どの矢印が促進で、どの矢印が抑制かを区別できるかです。KからRへの作用は放出を促し、RからKの分泌への作用は抑えます。矢印が一周するという形だけで判断せず、各区間に「促す」「抑える」を添えてたどります。Rが減った場合は抑制が弱まり、Kの分泌を抑える力が小さくなる方向です。ただし、その後の量が必ず元の値にぴったり戻るとまでは、この資料から決められません。

間違えた矢印を直す

誤答の例は「ホルモンは血液で全身に運ばれるので、どの細胞も同じ反応をする」です。原因は、運ばれる範囲と作用を受ける条件を一つにしていることです。血液が届いても、対応する受容体のない細胞はそのホルモンを同じ仕組みで受け取れません。「血液は広く運ぶが、作用するのは対応する受容体をもつ標的細胞です」と直します。

別の誤答に「負のフィードバックでは、結果が増えるほど分泌も増えていく」があります。原因は、戻る矢印を見ただけで、抑制の向きを読んでいないことです。図3は、結果が増えたときに分泌を抑える関係を模式化しています。右向きの矢印は促進、左向きの矢印は分泌を抑える作用を示します。

図3のように、分泌されたホルモンが反応を促し、その結果が分泌に戻って抑えると考えます。戻る矢印を「分泌を促す」に書き換えると、増加がさらに増加を生む方向になり、ここで示した負のフィードバックとは一致しません。どの物質がどこに作用するかを説明の主語と目的語に入れて、向きを直します。

もう一つ、「受容体があれば、すべての細胞で同じ変化が起きる」という答えも慎重に見ます。受容体はホルモンを受け取る条件ですが、その後の反応は細胞の種類などによって異なりえます。受容体の有無から作用先を考え、反応の内容は問題文の観察や条件で確かめます。

自分で確かめる4問

以下は、いずれも説明のために作った問題です。実際の測定結果ではありません。問題を最後まで読んでから、まとめて解答を確かめてください。

問1　出発点と到着点

器官XはホルモンMを血液中に分泌します。Mは血液で運ばれ、受容体をもつ器官Yの細胞に作用します。XとYをそれぞれ「内分泌腺」「標的器官」のどちらと呼ぶか、X、Yの順に語句で答えてください。また、XからYへMを運ぶものを語句で答えてください。

問2　受容体の条件

細胞Cと細胞Dは同じ血液に接しています。ホルモンNに対応する受容体はCにはなく、Dにはあります。この資料では、Nが届くとDで物質Qの合成が促進され、CではQの合成に変化がありません。Nの標的細胞を記号で答え、もう一方と反応が異なる理由を受容体に触れて1文で説明してください。

問3　分泌を抑える結果

内分泌腺がホルモンLを分泌し、Lは標的細胞に作用して物質Sの放出を促します。Sが増えるとLの分泌を抑えるという条件があります。Sが一時的に増えた場合、Lの分泌と標的細胞からのSの放出は、それぞれどの方向に変わるかを「増える」「減る」から選んで答えてください。ほかの条件は変化しないものとします。

問4　資料からいえないこと

ある細胞EはホルモンVの受容体をもち、Vが届くと反応しました。細胞FもVの受容体をもちますが、FにVが届いたときの反応は調べていません。次の文について、資料から必ずいえるかどうかを「いえる」「いえない」で答え、理由を1文で書いてください。「FはEと全く同じ反応をする」。

練習の答えと考え方

問1の答えは、Xが内分泌腺、Yが標的器官、運ぶものが血液です。Xは分泌する側、YはMの作用を受ける側です。問題文に戻すと、Xから血液中にMが出て、血液を通ってYに届くという順序と一致します。標的器官は運搬路を表す語ではないので、血液と入れ替えないようにします。

問2の答えはDです。理由の例は「DにはNに対応する受容体があり、Cにはないため、DではNによる反応が起こり、Cでは起こらないからです」です。表にして条件を戻すと、Dの受容体ありとQの合成促進、Cの受容体なしと変化なしに合います。血液は両方に接しているので、到達の有無を理由には使えません。

問3の答えは、Lの分泌が減り、Sの放出も減る方向です。Sの増加がLの分泌を抑え、Lが標的細胞に及ぼす促進作用が弱まります。Sの放出が減ることは、最初に置いたSの増加を弱める向きです。問題の条件に戻すと、SからLへの抑制と、LからSへの促進の両方を使っています。

問4の答えは「いえない」です。理由の例は「Fが受容体をもつことは示されているが、Fの反応の内容は示されていないからです」です。受容体をもつことは作用を考える手がかりですが、EとFで同一の反応が起こるという観察結果は与えられていません。Eについての結果をそのままFに移さず、Fに関して資料に書かれた範囲で判断します。

覚える関係

内分泌腺はホルモンを血液中に分泌します。
血液で運ばれたホルモンは、対応する受容体をもつ標的細胞に作用します。
反応の内容は細胞の種類や問題の条件で確かめます。
負のフィードバックは、結果がもとの変化を抑える向きにはたらく調節です。

つまずきの場所を見つける

図を描いて説明するときに、内分泌腺から標的細胞へ線を引くだけで血液を書き忘れるなら、運搬の段階を先に確かめます。血液が両方に届く細胞の比較で誤るなら、受容体の列と反応の列を別々に指し、共通条件と違う条件を言葉にします。負のフィードバックで迷うなら、結果から分泌側へ戻る矢印に「抑える」と書き、どの変化を弱めるかを順にたどります。

個別指導では、まず生徒自身に矢印の始点と終点を説明してもらい、受容体の有無からいえることと資料にないことを分けて確認します。答えの語が合っていても因果の向きが逆なら、増えた結果を出発点にして分泌と反応をもう一度追います。分泌、運搬、受容、反応を区切ると、調節の道筋を自分の言葉で説明できます。