細胞さいぼう の 構造こうぞう と 機能きのう

この章しょうで学まなぶこと

第だい 1 章しょうで 「すべての 生物せいぶつ は 細胞さいぼう からできている」 という 細胞説さいぼうせつ を学まなびました。 第だい 2 章しょうでは、 その 細さい胞ぼう の中身なかみ を詳くわしく見みていきます。

• 真核細胞しんかくさいぼう と 原核細胞げんかくさいぼう の違ちがいを説せつ明めい できる
• 真ま核かく細さい胞ぼう の主おもな オルガネラおるがねら (核かく・ミトコンドリアみとこんどりあ・葉緑体ようりょくたい・小胞体しょうほうたい・ゴルジ体ごるじたい・リソソームりそそーむ) の役やく割わり を言いえる
• 動物どうぶつ細さい胞ぼう と植物しょくぶつ細さい胞ぼう の違ちがい (細さい胞ぼう壁・葉緑体ようりょくたい・液胞えきほう) を言いえる
• 細胞膜さいぼうまく が リン脂質りんししつ二に重じゅう層そうそう] でできていることを知しる
• 受動輸送じゅどうゆそう と 能動輸送のうどうゆそう の違ちがいを説明せつめいできる

ポイント: 細さい胞ぼう は 「小ちいさな工こう場じょう」 とたとえられます。 各オルガネラおるがねら が別べつの仕し事ごと (発はつ電でん・組くみ立たて・出荷しゅっか・廃はい棄き等) を分担ぶんたんし、 全ぜん体たい として 1 つの細さい胞ぼう を動うごかしています。

1. 真ま核かく細胞さいぼうと原核げんかく細胞さいぼう

地球ちきゅう上じょうのすべての細さい胞ぼう は、 核かく (核かく膜まくで包つつまれた DNAでぃーえぬえー領りょう域いき) を持もつか持もたないかで 2 つに分わかれます。

真ま核かくと原核げんかくの違ちがい

項こう目もく	原核細胞げんかくさいぼう	真核細胞しんかくさいぼう
核膜かくまく	なし (DNAでぃーえぬえー が 細胞質さいぼうしつ に露出ろしゅつ)	あり (核かく の中なかに DNAでぃーえぬえー)
大おおきさ	1〜10 μm (小ちいさい)	10〜100 μm (大おおきい)
オルガネラおるがねら	ほぼなし (リボソームりぼそーむ のみ)	多種たしゅ (ミトコンドリアみとこんどりあ・葉緑体ようりょくたい等)
DNAでぃーえぬえー の形かたち	環かん状じょう 1 本ほん	線せん状じょう多た本ほん、 ヒストンひすとん と結合けつごう
例れい	細菌さいきん (大だい腸ちょう菌きん)・古細菌こさいきん	動物どうぶつ・植物しょくぶつ・菌類きんるい・原生生物げんせいせいぶつ
出現しゅつげん時期じき	約やく 38 億おく年ねん前まえ	約やく 20 億おく年ねん前まえ

原核げんかく細胞さいぼうの構造こうぞう

原げん核かく細さい胞ぼう はシンプルな構こう造ぞう で、 主おもに次つぎのパーツからできています。

パーツ	はたらき
細胞壁さいぼうへき	形かたちを保たもち、 浸しん透とう圧から細さい胞ぼう を守まもる (ペプチドグリカンぺぷちどぐりかん製)
細胞膜さいぼうまく	物質ぶっしつの出入でいりを制せい御ぎょ
細胞質さいぼうしつ	DNAでぃーえぬえー・リボソームりぼそーむ が漂ただよう場ば
環かん状じょう DNAでぃーえぬえー	核様よう体と呼よばれる領りょう域いき に集あつまる
べん毛べんけ (一部いちぶ)	運うん動どう用よう

大事だいじ: 原核細胞げんかくさいぼう が 「シンプル」 といっても、 代謝たいしゃ・複製ふくせい・転写てんしゃ・翻訳ほんやく等の基き本ほん機き能のう はすべて持もち、 れっきとした 生物せいぶつ です。

2. 真ま核かく細胞さいぼうのオルガネラ

真核細胞しんかくさいぼう には、 膜まくで区切き られた特とく殊しゅ な構こう造ぞう = オルガネラおるがねら (細さい胞ぼう小器しょうき官かん) が多数たすうあります。

主おもなオルガネラ一覧いちらん

オルガネラ	主おもなはたらき	動物どうぶつ細さい胞ぼう	植物しょくぶつ細さい胞ぼう
核かく	DNAでぃーえぬえー を保ほ管かん、 転写てんしゃ の場ば	あり	あり
核小体かくこてい	リボソームりぼそーむ の部品ぶひんを作つくる	あり	あり
ミトコンドリアみとこんどりあ	呼吸こきゅう (ATP 合成ごうせい)	多数たすう	多数たすう
葉緑体ようりょくたい	光合成こうごうせい	なし	あり
小胞体しょうほうたい (ER)	タンパク質たんぱくしつ・脂し質しつ の合ごう成せい・輸ゆ送そう	あり	あり
ゴルジ体ごるじたい	タンパク質たんぱくしつ の修しゅう飾しょく・出しゅっ荷か	あり	あり
リソソームりそそーむ	分ぶん解かい酵素こうそを含ふくみ不ふ要よう物ものを消化しょうか	あり	(液胞ほう が代用だいよう)
液胞えきほう	物質ぶっしつの貯ちょ蔵ぞう・浸しん透とう圧調節せつ	小ちいさい	大おおきい
細胞壁さいぼうへき	形かたちを保たもつ (セルロースせるろーす製)	なし	あり
細胞骨格さいぼうこっかく	形かたちを維い持じ、 細さい胞ぼう内輸送そう	あり	あり
中心体ちゅうしんたい	細胞分裂さいぼうぶんれつ時の 紡錘体ぼうすいたい形けい成せい	あり	(高等こうとう植物しょくぶつではなし)

核かく — 遺伝いでん情報じょうほうの司令しれい室しつ

核かく は細さい胞ぼう の 中枢ちゅうすうすう] で、 直ちょっ径けい約 5〜10 μm。

• 核膜かくまく: 二に重じゅう膜まく。 多数たすうの 核膜孔かくまくあな が開ひらき、 物質ぶっしつの出入でいりを調ちょう節せつ
• 染色体せんしょくたい: DNAでぃーえぬえー と ヒストンひすとん という タンパク質たんぱくしつ の複合ふくごう体たい。 普ふ段だん はほどけて クロマチン として存在そんざい、 分ぶん裂れつ時ときに凝ぎょう縮しゅく して 染色体せんしょくたい として見みえる
• 核小体かくこてい: 核かく の中なかにある小ちいさな構こう造ぞう。 rRNAりぼそーまるあーるえぬえー と リボソームりぼそーむ部品ぶひんを製せい造ぞう

ミトコンドリア — 細胞さいぼうの発電はつでん所しょ

• 大おおきさ約やく 1〜10 μm、 二に重じゅう膜まく構こう造ぞう
• 内うち膜まくが内側うちがわにひだ状じょうに入はいり込こんだ クリステ を持もつ
• 内ない部ぶ の液体えきたいを マトリックス と呼よぶ
• 呼吸こきゅう (クエン酸回路くえんさんかいろ・電子伝達系でんしでんたつけい) を行おこない、 ATPえーてぃーぴー を合ごう成せい
• 独どく自じ の環かん状じょう DNAでぃーえぬえー と リボソームりぼそーむ を持もち、 細さい胞ぼう の中なかで自己じこ複製ふくせい する (→ 共生説きょうせいせつ の根こん拠きょ)

葉は緑みどり体たい — 植物しょくぶつの発電はつでん所しょ

• 大おおきさ約やく 5〜10 μm、 二に重じゅう膜まく構こう造ぞう
• 内部ないぶに平ひらたい袋ふくろ状じょうの チラコイド が重かさなって グラナ を形けい成せい
• 周囲しゅういの液体えきたいを ストロマ と呼よぶ
• 光合成こうごうせい で光エネルギーえねるぎー から グルコースぐるこーす と ATPえーてぃーぴー を合ごう成せい
• ミトコンドリア同どう様よう独どく自じ の DNAでぃーえぬえー を持もつ

小しょう胞体たいとゴルジ体たい — タンパク質たんぱくしつの工場こうじょうと出荷しゅっか場じょう

オルガネラ	役割やくわり
粗面小胞体そめんしょうほうたい	表ひょう面めん に リボソームりぼそーむ が付着ふちゃく、 タンパク質たんぱくしつ を合ごう成せい
滑面小胞体かつめんしょうほうたい	リボソームりぼそーむ なし、 脂し質しつ合ごう成せい・カルシウム貯ちょ蔵ぞう
ゴルジ体ごるじたい	小胞ほう体から来きた タンパク質たんぱくしつ に 糖鎖さ を付つけ、 小胞しょうほう として出荷しゅっか
小胞しょうほう (ベシクル)	タンパク質たんぱくしつ を包つつみ、 行ゆき先さきへ運はこぶ

リソソームと液えき胞 — 細胞さいぼうの廃棄はいき場じょう・倉庫そうこ

• リソソームりそそーむ: 動物どうぶつ細さい胞ぼう に多おおい。 強つよい分ぶん解かい酵素こうそを含ふくみ、 古ふるくなった オルガネラおるがねら や細さい胞ぼう が取とり込こんだ異物いぶつを分ぶん解かい
• 液胞えきほう: 植物しょくぶつ細さい胞ぼう で大おおきく発はっ達たつ。 水みずや養よう分ぶん・色しき素そ (アントシアン等とう) を貯ちょ蔵ぞう、 浸透圧しんとうあつ で細さい胞ぼう を膨ぼう張ちょう させ形かたちを保たもつ

細胞さいぼう骨格こっかく — 細胞さいぼうの骨組ほねぐみ

3 種類しゅるいの繊せん維い が細さい胞ぼう内をネットワーク状じょうに走はしり、 形かたちと動うごきを支ささえます。

種類しゅるい	主しゅ成せい分ぶん	役割やくわり
アクチンフィラメントあくちんふぃらめんと	アクチン	細さい胞ぼう の形かたち・筋収縮きんしゅうしゅく・原げん形けい 質流動しつりゅうどう
微小管びしょうかん	チューブリン	紡錘体ぼうすいたい・繊毛せんもう・べん毛べんけ・細さい胞ぼう内うち物質ぶっしつ輸ゆ送そう
中間径フィラメントちゅうかんけいふぃらめんと	ケラチン等ひとし	細さい胞ぼう と組そ織しき の機械きかい的てき強度きょうど

共生きょうせい説せつ — オルガネラの起源きげん

ミトコンドリアみとこんどりあ と 葉緑体ようりょくたい は、 かつて別べつの 原核生物げんかくせいぶつ が 大おおきな細さい胞ぼう に取とり込こまれて共生きょうせいした ことで生うまれたと考えかんがえられています。 これを 共生説きょうせいせつ (細さい胞ぼう内共生い説) と呼よび、 マーグリス (米まい) が 1967 年ねんに提てい唱しょう。 根こん拠きょ:

• 二に重じゅう膜まく構こう造ぞう (取とり込こまれた際さいの膜まくと元もとの膜まく)
• 独どく自じ の 環かん状じょう DNAでぃーえぬえー と リボソームりぼそーむ を持もつ
• 細さい胞ぼう とは別べつのタイミングで自己じこ分裂ぶんれつ
• リボソームりぼそーむ のサイズが 原核細胞げんかくさいぼう のものと似にる

3. 動物どうぶつ細胞さいぼうと植物しょくぶつ細胞さいぼうの比較ひかく

構造こうぞうの違ちがい

構こう造ぞう	動物どうぶつ細さい胞ぼう	植物しょくぶつ細さい胞ぼう
細胞壁さいぼうへき	なし	あり (セルロース)
葉緑体ようりょくたい	なし	あり
液胞えきほう	小ちいさい・少数しょうすう	大おおきい・1 つ
中心体ちゅうしんたい	あり	(高等こうとう植物しょくぶつではなし)
リソソームりそそーむ	あり	(液胞ほう が代用だいよう)
形かたち	不ふ定形ていけい	角すみばった形がた (細さい胞ぼう壁のため)

細胞さいぼう壁かべの役割やくわり

植物しょくぶつの 細胞壁さいぼうへき は セルロースせるろーす ででき、 細さい胞ぼう の形かたちを保たもち、 大おおきな 浸透圧しんとうあつ に耐たえます。 隣となりの細さい胞ぼう とは 原形質連絡はらけいしつれんらく (プラスモデスマ) で連れん結けつ され、 物質ぶっしつをやり取とりします。

4. 細胞さいぼう膜まくと物質ぶっしつ輸送ゆそう

すべての オルガネラおるがねら と細さい胞ぼう そのものは、 細胞膜さいぼうまく (生体せいたい膜まく) という薄うすい膜まくで区切き られています。

リン脂質ししつ二に重層じゅうそう

• 細さい胞ぼう膜の主しゅ成せい分ぶん は リン脂質りんししつ
• リン脂し質しつ は 親しん水すい性せいの頭部とうぶ と 疎そ水すい性せいの尾お部ぶ を持もつ
• 水中すいちゅうでは尾お部ぶ同どう士し が内側うちがわに向むかい、 二に重じゅう層そうそう] を自動的じどうてきに形けい成せい
• 全体ぜんたいとして約やく 10 nm の厚あつさ

流動りゅうどうモザイクモデル

1972 年ねん、 シンガーとニコルソンが提てい案あん: 細さい胞ぼう膜は 「リン脂し質しつ の海うみに 膜タンパク質まくたんぱくしつ が浮うかぶ」 動的どうてきな構こう造ぞう。

構成こうせい要素ようそ	役割やくわり
リン脂質りんししつ二に重層じゅうそう	基き本ほん構こう造ぞう、 疎そ水すい性せい物質ぶっしつを通とおす
膜タンパク質まくたんぱくしつ	物質ぶっしつ輸ゆ送そう・受じゅ容よう体たい・酵素こうそ
コレステロール	膜まくの流りゅう動どう性せい を調ちょう節せつ (動物どうぶつ細さい胞ぼう)
糖鎖とうくさり	細さい胞ぼう の識しき別べつ・免疫めんえき

選択せんたく透過とうか性せい

細さい胞ぼう膜は 「通とおすもの」 と 「通とおさないもの」 を選えらぶ 性せい質しつ = 選択透過性せんたくとうかせい を持もちます。

通とおしやすさ	物質ぶっしつ
通とおしやすい	酸さん素そ・二に酸さん化か炭素たんそ・水みず (小ちいさく電気でんきを帯おびない)
通とおしにくい	グルコース・アミノ酸さん・イオンいおん (大おおきいまたは電気でんきを帯おびる) → 膜タンパク質まくたんぱくしつ が必要ひつよう

受動じゅどう輸送ゆそうと能動のうどう輸送ゆそう

物質ぶっしつの輸ゆ送そう はエネルギー消しょう費ひ の有無うむで 2 種類しゅるいに分わかれます。

種類しゅるい	エネルギー	方向ほうこう	例れい
受動輸送じゅどうゆそう	不要ふよう	濃のう度ど高だか → 低てい (拡散かくさん の向むき)	単たん純じゅん拡かく散さん (酸さん素そ)、 促そく進しん拡かく散さん (膜タンパク質まくたんぱくしつ経由けいゆのグルコース)
能動輸送のうどうゆそう	ATPえーてぃーぴー必要ひつよう	濃のう度ど低ひく → 高こう (拡かく散さん と逆ぎゃく)	ナトリウムポンプなとりうむぽんぷ (Na⁺ を細さい胞ぼう外へ、 K⁺ を細さい胞ぼう内へ)

浸透しんとう圧 — 水みずの動うごき

半透膜はんとおるまく (水すいだけ通とおす膜まく) をはさんで濃のう度ど が違ちがうと、 水すいが薄うすい側がわから濃こい側がわへ 移動いどうします。 このときに生うまれる圧力あつりょくが 浸透圧しんとうあつ。

細さい胞ぼう を入いれた液えき	動物どうぶつ細さい胞ぼう	植物しょくぶつ細さい胞ぼう
低張液ていちょうえき (薄うすい)	水みずが入はいり膨ぼう張ちょう → 溶血ようけつ (赤血け球っきゅう)	細さい胞ぼう壁があり破やぶれない、 膨圧ぼうあつ が高たかまる
等張液とうちょうえき	変化へんかなし	変化へんかなし
高張液たかはりえき (濃こい)	水みずが出でて縮ちぢむ	原形質分離げんけいしつぶんり (細さい胞ぼう質が細さい胞ぼう壁から離はなれる)

大事だいじ: 病びょう院いん で点てん滴てき に使つかう 生い理り食しょく塩えん水すい (0.9 % NaCl) はヒトの 赤血球せっけっきゅう にとって 等張液とうちょうえき なので、 細さい胞ぼう を壊こわしません。 これが 浸透圧しんとうあつ 知ち識しき の実じつ用例ようれいです。

5. 観察かんさつ実習じっしゅう — オオカナダモの原げん形質けいしつ流動りゅうどう

植物しょくぶつ細さい胞ぼう の 葉緑体ようりょくたい が 流ながれるように動うごく 現げん象しょう を 原形質流動はらけいしつりゅうどう (細さい胞ぼう質流動どう) と呼よびます。 アクチンフィラメントあくちんふぃらめんと と ミオシンみおしん が関かん与よ。

観察かんさつ手順てじゅん

1. オオカナダモ の若わかい葉はを 1 枚まい採取さいしゅ
2. スライドガラスに載のせ、 水みずを 1 滴しずく
3. カバーガラスをかぶせる (染せん色しょく液えき不要ふよう)
4. 顕けん微び鏡きょう (低てい倍ばい → 400 倍ばい) で観察かんさつ
5. 緑みどりのつぶ (葉緑体ようりょくたい) が細さい胞ぼう の内側うちがわを一いっ定てい方向ほうこうに流ながれるのを確認かくにん

安全あんぜん配慮はいりょ + 生命せいめい尊重そんちょう: オオカナダモは 自し然ぜん環かん境きょう から採とらず、 学校がっこうで栽さい培ばい したものを使つかう。 特定外来生物とくていがいらいせいぶつ法ほうで移い動どう が規き制せい されています。 観察かんさつ後ごは 流ながしに流ながさず 廃はい棄き容よう器き に。

6. ふりかえり

• [ ]原核細胞げんかくさいぼう と 真核細胞しんかくさいぼう の違ちがい (核膜かくまく の有無うむ) が言いえる
• [ ]ミトコンドリアみとこんどりあ・葉緑体ようりょくたい・小胞体しょうほうたい・ゴルジ体ごるじたい・リソソームりそそーむ の役割やくわりを言いえる
• [ ]動物どうぶつ細さい胞ぼう と植物しょくぶつ細さい胞ぼう の違ちがい (細胞壁さいぼうへき・葉緑体ようりょくたい・液胞えきほう) を言いえる
• [ ]共生説きょうせいせつ の根拠こんきょ (二に重じゅう膜まく・環かん状じょう DNAでぃーえぬえー) を 1 つ言いえる
• [ ]細胞膜さいぼうまく が リン脂質りんししつ二に重じゅう層そうそう] でできていると知しっている
• [ ]受動輸送じゅどうゆそう と 能動輸送のうどうゆそう の違ちがい (ATPえーてぃーぴー の有無うむ) が言いえる
• [ ]浸透圧しんとうあつ で 溶血ようけつ・原形質分離げんけいしつぶんり が起おこることを説明せつめいできる

この章しょうの安全あんぜん配慮はいりょ

• 生い体たい試し料りょう (オオカナダモ・タマネギ等とう) は 自し然ぜん から採とらず 学校がっこうで栽さい培ばい したものを使つかう (特定外来生物とくていがいらいせいぶつ法ほう)
• 観察かんさつ後ごの試し料りょう は 流ながしに流ながさず 廃はい棄き容よう器き へ
• 顕けん微び鏡きょう の油あぶら浸ひたレンズ (100×) は イマージョンオイル が必要ひつよう、 こぼさない

次じの章しょう: 第だい 3 章しょうでは、 細さい胞ぼう の中なかで行おこなわれる化か学がく反はん応のう = 代謝たいしゃ を学まなびます。 葉緑体ようりょくたい が行おこなう 光合成こうごうせい と ミトコンドリアみとこんどりあ が行おこなう 呼吸こきゅう が、 ATPえーてぃーぴー という エネルギーえねるぎー通貨つうかを介かいしてどうつながるかを見みていきましょう。