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 学がく 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 し く 見み て い き ます。

• 真核細胞まかくさいぼう と 原核細胞げんかくさいぼう の 違 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 (核かく・ミトコンドリア・葉緑体ようりょくたい・小胞体しょうほうたい・ゴルジ体ゴルジたい・リソソーム) の 役やく割わり を 言げん 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 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 言げん え る
• 細胞膜さいぼうまく が リン脂質リンししつ二に重じゅう層そうそう] で で き て い る こ と を 知ち 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 い を 説明せつめい で きる

ポイント: 細さい胞ぼう は 「小しょう さ な 工こう場じょう」 と た と え ら れ ます。 各オルガネラ が 別べつ の 仕し事ごと (発はつ電でん・組くみ み 立たつ 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 動どう 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 包つつみ ま れ た DNA領りょう域いき) を 持じ つ か 持じ た ない か で 2 つ に 分ぶん 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 | 真核細胞まかくさいぼう | |---|---|---| | 核膜かくまく | な し (DNA 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) | | 大だい き さ | 1〜10 μm (小しょう さ い) | 10〜100 μm (大だい き い) | | オルガネラ | ほ ぼ な し (リボソーム の み) | 多種たしゅ (ミトコンドリア・葉緑体ようりょくたい等) | | DNA 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 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]]
[[細胞膜	さいぼうまく]]
[[細胞質	さいぼうしつ]]
環かん状じょうDNA	核様よう体 と 呼こ ば れ る 領りょう域いき に 集あつまり ま る
[[べん毛	べんけ]] (一部いちぶ)

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 持じ 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

真核細胞まかくさいぼう 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 (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 を 保ほ管かん、 [[転写	てんしゃ]] の 場ば
[[核小体	かくこてい]]	リボソーム の 部品ぶひん を 作さく る	あ り
ミトコンドリア	[[呼吸	こきゅう]] (ATP 合成ごうせい)	多数たすう
[[葉緑体	ようりょくたい]]	[[光合成	こうごうせい]]
[[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
[[ゴルジ体	ゴルジたい]]	[[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
リソソーム	分ぶん解かい酵素こうそ を 含 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	小しょう さ い
[[細胞壁	さいぼうへき]]	形かたち を 保ほ つ (セルロース製)	な し
[[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
[[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

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 き、 物質ぶっしつ の 出入しゅつにゅう り を 調ちょう節せつ
• 染色体せんしょくたい: DNA と ヒストン 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 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 小しょう さ な 構こう造ぞう。 rRNA と リボソーム部品ぶひん 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

• 大だい 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 入いり り 込こみ ん だ クリステ を 持じ つ
• 内ない部ぶ の 液体えきたい を マトリックス と 呼こ ぶ
• 呼吸こきゅう (クエン酸回路クエンさんかいろ・電子伝達系でんしでんたつけい) を 行あるき い、 ATP を 合ごう成せい
• 独どく自じ の 環かん状じょうDNA と リボソーム を 持じ 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

• 大だい 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 平たいら た い 袋ふくろ状じょう の チラコイド が 重おも 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 呼こ ぶ
• 光合成こうごうせい で 光エネルギー か ら グルコース と ATP 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 を 持じ 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]]
[[滑面小胞体	かつめんしょうほうたい]]
[[ゴルジ体	ゴルジたい]]
[[小胞	しょうほう]] (ベシクル)

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: 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 み、 古いにしえ く な っ た オルガネラ や 細さい胞ぼう が 取と り 込こみ 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 大だい 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 保ほ 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 動どう き を 支 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	アクチン	細さい胞ぼう の 形かたち・[[筋収縮
[[微小管	びしょうかん]]	チューブリン
[[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

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 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 大だい き な 細さい胞ぼう に 取と り 込こみ ま れ て 共生きょうせい し た こ と で 生なま ま れ た と 考こう 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 呼こ 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 込こみ 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 と リボソーム を 持じ 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 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
[[葉緑体	ようりょくたい]]	な し
[[液胞	えきほう]]	小しょう さ い・少数しょうすう
[[中心体	ちゅうしんたい]]	あ り
リソソーム	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	角かく ば っ た 形かたち (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 で で き、 細さい胞ぼう の 形かたち を 保ほ ち、 大だい き な 浸透圧しんとうあつ に 耐 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 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 薄すすき 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 リン脂質リンししつ
• 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 持じ 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 向むこう 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 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	リンししつ]]二に重層じゅうそう
[[膜タンパク質	まくたんぱくしつ]]
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]]

選択せんたく透過とうか性せい

細さい胞ぼう膜 は 「通どおり す も の」 と 「通つう さ ない も の」 を 選せん ぶ 性せい質しつ = 選択透過性せんたくとうかせい を 持じ ち ます。

通つう し や す さ	物質ぶっしつ
通つう し や す い	酸さん素そ・二に酸さん化か炭素たんそ・水みず (小しょう さ く 電気でんき を 帯おび び ない)
通つう し に く い	グルコース・アミノ 酸さん・イオン (大だい き い ま た は 電気でんき を 帯おび び る) → **[[膜タンパク質

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 分ぶん 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
[[能動輸送	のうどうゆそう]]	ATP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)

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 通つう す 膜まく) を は さ ん で 濃のう度ど が 違 う と、 水すい が 薄すすき 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 生なま 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 入いり 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 入いり り 膨ぼう張ちょう → **[[溶血
**[[等張液	とうちょうえき]]**	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 縮ちぢみ む

大事だいじ: 病びょう院いん で 点てん滴てき に 使し 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 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 原はら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 流りゅう れ る よ う に 動どう 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 呼こ び ま す。 アクチンフィラメント と ミオシン 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 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 使し う。 特定外来生物とくていがいらいせいぶつ法 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 流りゅう し に 流ながれ 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 真核細胞まかくさいぼう の 違 い (核膜かくまく の 有無うむ) が 言げん え る
• [ ]ミトコンドリア・葉緑体ようりょくたい・小胞体しょうほうたい・ゴルジ体ゴルジたい・リソソーム の 役割やくわり を 言げん 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 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 言げん 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) を 1 つ 言げん え る
• [ ]細胞膜さいぼうまく が リン脂質リンししつ二に重じゅう層そうそう] で で き て い る と 知ち 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 い (ATP の 有無うむ) が 言げん え る
• [ ]浸透圧しんとうあつ で 溶血ようけつ・原形質分離はらけいしつぶんり が 起おこし 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 使し う (特定外来生物とくていがいらいせいぶつ法)
• 観察かんさつ後ご の 試し料りょう は 流りゅう し に 流ながれ 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 行あるき わ れ る 化か学がく反はん応のう = 代謝たいしゃ を 学がく び ます。 葉緑体ようりょくたい が 行あるき う 光合成こうごうせい と ミトコンドリア が 行あるき う 呼吸こきゅう が、 ATP と い う エネルギー通貨つうか を 介かい し て ど う つ な が る か を 見み て い き ま しょ う。