細胞学 細胞の構造と機能

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細胞の定義

生物学的組織単位としての細胞は、すべての生物の最小の基本要素である。 7119>

真核細胞と原核細胞の比較

真核細胞は10～100μmの大きさで、核を持ち、その中にはいくつかの染色体のDNAが含まれている。 エキソン（コード化DNA）に加えて、DNAは多くのイントロン（非コード化遺伝子）で構成されており、タンパク質の生合成を通じて、スプライシングなどのプロセスで取り除かれる。

細胞質は大きく区分けされ、細胞小器官が豊富に存在する。 リボソームは60Sと40Sのサブユニットで分子量80S（Svedberg遠心分離定数としての質量）である。 呼吸鎖はミトコンドリアで行われる。 真核生物の例としては、菌類や動物細胞（ミミズ細胞からヒト細胞まで）がある。

一方、原核細胞は1～10μm程度の大きさで、核のかわりに核に相当するもの（ヌクレオイド）を持っている。 この「核のような」高密度の分子は細胞質内にあり、DNAを構成しているが、これには染色体が1本だけで、イントロンはない。

さらに、プラスミド（円形の染色体外DNA）が存在することがあり、これは抗生物質耐性菌の発生に特別な役割を担っている。 細胞質はあまり区画化されておらず、呼吸鎖は細胞質膜に特異的に配置されている。

ミトコンドリア、ゴルジ装置、小胞体がない一方で、リボソームは50Sと30Sのサブユニットで分子量70Sを持つ。 大腸菌などの細菌は原核生物に属する。

これらの違いは、生物学や生化学の共通の試験テーマである。

細胞膜の構造と機能

細胞膜はプラズマレンマとも呼ばれ、細胞質を取り囲み、細胞内空間と細胞外空間の境界として働いている。 リン脂質二重層からなり、リン脂質の親水性部分は細胞内外の空間に向いている。 疎水性部分は膜内の中央に位置しています。

周辺の糖鎖は、膜タンパク質（糖タンパク質）や膜脂質（糖脂質）と共有結合している糖鎖（多糖類）から構成されています。

細胞膜はその流動性により、安定であると同時に柔軟である。 その流動性は温度や脂質の組成によって変化することがある。 膜は半透膜（選択透過性ともいう）であり、水のような低分子物質に対しては浸透拡散が可能である。

細胞膜の機能は、イオンチャネル、細胞接着分子、アクアポリン、膜ポンプ、キャリアタンパク質、受容体タンパク質などの膜タンパク質によって決定的に決定される。 細胞膜。 by philschatz, License: CC BY 2.0

核の構造と機能

細胞の核（nucleus）には染色体に詰められたDNAがあり、その大きさや構造は活動によって変化します。 核形質は多孔質の核膜である核小胞膜によって細胞質から分離されている。

核膜は外核膜と内核膜とその間の空間である核周囲胞から構成されている。 外核膜は小胞体に合流し、リボソームが占有している。 内核膜は、30-100 nmサイズの中間フィラメントの層で形成されるフェルト状の核膜（lamina nuclearis）の内側にある。

約1000〜4000個の核膜孔があり、細胞質と核形質の間で物質の交換が行われ、< 5kDaの分子は自由に拡散し、タンパク質などの大きな分子は受容体結合により通り抜ける。 翻訳の前提となる転写、有糸分裂の前提となる複製も核で制御されている。

細胞質の機能

細胞質はサイトゾルとも呼ばれ、細胞膜によって制限され、各細胞の流体マトリックスを表している。 細胞骨格、細胞小器官、細胞封入体は細胞質に埋め込まれている。

細胞質内では、タンパク質の生合成、イオン電流、および小胞輸送がゴルジ装置、小胞体、細胞膜を中心として行われている。 細胞体積の約50％を占め、pHは7.2である。

細胞小器官の分類

細胞小器官は細胞質内に埋め込まれており、次のように分けられる。

• 膜制限小器官（粗面小胞体、平滑小胞体、ゴルジ装置、ミトコンドリア、リソソーム、ペルオキシソーム）
• リボソームやセントリオールなどの非膜制限小器官

各細胞器官の構造と機能

小胞体

小胞体とは、管状の膜システムのことである。 粗面小胞体はリボソームによって占められ、エンドソーム、膜貫通タンパク質、または分泌顆粒のタンパク質生合成を促進する。 平滑小胞体はリボソームが占有しておらず、以下のような多様な機能を有している。

• 筋細胞の細胞質内のカルシウムイオンの貯蔵と調節（ここでは小胞体と呼ぶ）
• 脂質やステロイドホルモンの合成
• 肝細胞内の内因性物質や異物の解毒

Golgi apparatus

ゴルジ体は、ジクオソーム（膜が発達した円盤状の空洞が4～10個重なったもの）からなり、凸のシス領域と凹のトランス領域が向かい合っています。 粗面小胞体で作られたタンパク質は、輸送小胞によってシスゴルジ体に到達し、ゴルジ装置内で修飾・処理（リン酸化、硫酸化、グリコシル化）され、目的地別に分類される

トランス部位では、分泌顆粒や小胞へのパッケージが行われる。 小胞体で必要とされる酵素については、逆行性輸送（トランスからシス）が検出されることがある。 ゴルジ装置。 By philschatz, License: CC BY 4.0

ミトコンドリア

酸化的リン酸化によって細胞にエネルギーを供給する、細胞の「発電所」で、試験でもよく出題されるテーマです。 成熟した赤血球を除いて、ミトコンドリアはすべての細胞に存在する。

ミトコンドリアは2つの膜とその間にある膜間空間を持っている。 平滑な外膜にはポリンがあり、分子<10kDaを通過させることができる。一方、内膜は表面積を増やすために大きく折りたたまれた状態になっている。 内膜はマトリックス空間を制限し、呼吸鎖とATP合成の酵素を運ぶ。

内膜は折りたたまれているため、基本的に2種類に分かれる。

1. クリスタ型：心筋細胞など代謝の活発な細胞
2. チュブル型：ステロイド生成細胞

β酸化酵素やクエン酸サイクルの酵素はマトリックス空間に配置される。

ミトコンドリアは独自の円形DNA（mtDNA）を持っているので、半自律的である。 内生説にあるように、ミトコンドリアは系統原核生物で、共生の過程で真核生物に組み込まれる。

この仮説は、ミトコンドリアが70Sリボソーム（50Sと30Sサブユニット）を持つこと、内膜の発達に細菌脂質のカルジオリピンが関与することによっても裏付けられる。

ライソゾーム

酸性pH（4.5～5）に加え、酸性ハイドロラーゼ、プロテアーゼ、リパーゼ、エステラーゼ酵素、エラスターゼ、コラゲナーゼ、酸性ホスファターゼなどを多く含むことが、ライソゾームの特徴としてあげられるでしょう。

その主な特徴は、内因性物質や異物の分解のほか、オートファジーやヘテロファジーを行うことである。

ペルオキシソーム

ペルオキシソームは主に肝臓や腎臓に存在し、脂肪酸を酸化によって分解する役割を果たすため、ペルオキシダーゼやカタラーゼという酵素を含んでいます。 この過程で副産物である過酸化水素が生成され、細胞を傷つける原因となります。

リボソーム

真核生物の80Sリボソームは、2つのサブユニット（60Sと40S）からなり、1/3がタンパク質、2/3がrRNAから構成されています。 細胞質に存在し、細胞質および核タンパク質の合成を助けるか、または粗面小胞体に膜結合してリソソームタンパク質の合成を可能にし、またタンパク質または膜タンパク質の輸出を可能にすることができる。 一対の中心核が垂直に並んで中心体を形成している。

細胞包有物

細胞包有物は、代謝の副産物、貯蔵栄養素、外来物質の蓄積、または細胞質内で遊離している内因性物質である。 グリコーゲン粒子、細胞内脂肪滴、色素細胞構造（ヘモジデリン、リポフスチン、カーボンダスト）、ウイルス粒子などです。

ヘモクロマトーシスやグリコーゲン貯蔵病などの特定の疾患の場合、細胞包有物は病的な程度に存在します。

細胞骨格の構成要素と機能

細胞骨格は細胞質内にあり、安定化、細胞内の物質輸送、および細胞の移動（lat.: migrare=hiking）に関与しています。 この3次元ネットワークは、微小管、中間フィラメント、アクチンフィラメントによって形成されている。 これらの構成要素は常に組み立てと分解、いわゆる重合と解重合を繰り返している