細胞(さいぼう)

mokuji

1:細胞とは

1-1. 生物の構造と働きの基本単位

地球上にみられる生物は、

細胞(さいぼう)

とよばれる構造物によって、
体が構成されています。

また、
生物の体でみられる働きは、
細胞の働きに基づいています。

このため細胞は、

生物の構造と働きの基本単位である

と考えられているのです。  

例えば、
平均的な体格をした成人の体は、
数十兆個の細胞が集まって
構成されています。

体の働きの例として、
生物基礎で後に学ぶ
心臓を取り上げてみましょう。

心臓は、主に
収縮のペースを作り出す細胞と
そのペースに合わせて収縮する細胞で
構成されています(下図:ヒトの心臓)。

ヒトの心臓の模式図。
心臓を正面から見て、左上の部分内部に、ペースを作る細胞がある。その他は、ペースにあわせる細胞からなる。

ある細胞が作り出した
ペースに合わせて、
他の細胞たちが収縮を繰り返すことで

心臓全体が、特定のペースで
収縮を繰り返すのです。

以上のように、
生物の構造や働きについて
理解するためには、

その基本単位である細胞について
学ぶことが必要になるのです。

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1-2. 全ての細胞に共通の特徴

全ての細胞は、
共通の構造として、

細胞膜と細胞質基質をもち、

共通の物質として、
DNAをもちます。

①細胞膜

細胞は、

細胞膜(さいぼうまく)

という膜によって囲まれた、
小さな部屋状の構造物です。

細胞膜は、シャボン玉の膜のように、
細胞の内部と外部とを仕切っている
切れ目のない膜
です。

細胞の形は様々ですが、
シンプルな球形をした細胞の模式図を
描くと、下図のようになります。 

細胞の模式図であるが、
ここでの見た目は、ただの球体。

上図では、立体的な形をわかりやすく
するために、細胞膜を不透明にして
描いていますが、

実際の細胞膜は
半透明であるため、

細胞内の様子や、細胞膜が
まわりを囲んでいる様子を
見ることが出来ます。

例えば、ヒトのほおの、
内側の細胞は、
下の写真のように見えます。

いびつな円形の細胞が写っている。いびつな円の縁取りは、細胞膜である。細胞の内部に、粒状のものがある様子が見える。

このように、細胞を切らなくても、
断面と同様の様子を
観察することが出来るのです(下図)。

細胞を切らなくても、細胞の断面と同様の様子を見ることができることを描いた図。

細胞膜の厚さは、
5~10nm(ナノメートル)です(下図)。

ヒトのほおの細胞の写真で、細胞膜の部分を拡大。幅が5~10nmであることを描いた図。

nm(ナノメートル)は長さの単位で、
1nm=100万分の1mmです。

細胞膜を10万枚ほど重ねることで、
やっと、生物基礎の教科書のページ
1枚分の厚さ(約0.1mm)に達します。

細胞膜には、
特定の物質を通過させやすい
性質があり、

細胞は、細胞膜を通して、
細胞外にある物質の取り込みや、
細胞内にある物質の放出を

行っているのです(下図)。

細胞内外へ物質が出入りする様子を、矢印で描いた図

細胞膜を介した物質の
取り込みと放出を行うことで、
細胞は、

細胞内の状態を、
細胞にとって適切な状態に 
保つことができるのです。

例えば、
細胞のエネルギー源となる
グルコース(ブドウ糖ともいう)という物質を
細胞内に取り込み、

細胞内で生じた不要物である
アンモニアという物質を
細胞外へ放出することで、

細胞内を、細胞にとって
活動しやすい状態に保ちます。

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②細胞質基質

細胞内は、

細胞質基質(さいぼうしつきしつ)

とよばれる液状の成分で
満たされています(下図)。

細胞膜で囲まれた内部が、細胞質基質であると表記した図

細胞質基質を構成する物質の
ほとんどは水で、 その他に、
タンパク質などが含まれます。

細胞質基質に含まれる
タンパク質には、

酵素(こうそ)という、
化学反応を促進するタンパク質が
多く含まれています。

酵素の働きによって、
細胞質基質では
様々な化学反応が起きているのです。
※化学反応と酵素については「コチラの記事」

例えば、細胞は、

細胞内に取り込んだ
グルコース(ブドウ糖)を
分解することで、

細胞が活動するために必要な
エネルギーを得ています(下図)。

グルコース1つを長方形で表現し、それが2つの正方形に分解する模式図。分解の際に、エネルギーが出てくる。

細胞質基質には流動性があり
生きた細胞では、

原形質流動(げんけいしつりゅうどう)
※細胞質流動ともいう

という、
細胞内の構造物が細胞内を
流れるように動く現象

見られる場合があります。

例えば、
オオカナダモという植物(下写真)では、
葉緑体という構造物が細胞内を
動いていく様子が観察されます(下動画)。

水槽内のオオカナダモの写真

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③DNAと染色体

細胞内には、

DNA(ディー・エヌ・エー)

とよばれる
細長い糸状の物質があります。

DNAは、

デオキシリボ核酸(かくさん)

ともいいます。

DNAは、
2つの大きな役割を
担っています。

1つ目は、
細胞の形質(けいしつ:形や働き)を
決めることです。

例として、
ヒトの細胞の中でも比較的有名な、
卵と精子を取り上げてみましょう。

卵(直径0.14mm)と精子(長さ0.06mm)は、
下図のような形をしています。

卵は円で、精子はだ円と1本の線で描いてある。

また、
卵には、泳がずに精子が来るのを待つ
という働きがあり、

精子には、卵に向かって泳ぐ
という働きがあります。

こうした形質の違いは、
主に、DNAの働き方の違い
によって生じてくるのです。

2つ目は、細胞が
体細胞(たいさいぼう)分裂という仕組み
などによって細胞の数を増やす時に、

もとの細胞の形質を
新たに増えた次世代の細胞に
伝えることです(下図)。

体細胞分裂によって1つの細胞が2つに分かれることを描いた図

例えば、
生物基礎で登場する
ゾウリムシという生物は、

体が1つの細胞で出来ていて、
体細胞分裂によって増殖します(下図)。

1匹のゾウリムシが2匹に分裂する図。ゾウリムシは、ラグビーボールをやや細長くした形の体の表面全体に、タワシのように多数の短い毛をもっている模式図で描かている。

DNAの働きによって、
ゾウリムシが分裂して生じた生物は、
やはり、ゾウリムシになるのです。

細胞内に
見られるDNAは、

その長さが、細胞に比べて、
とても長いDNAと短いDNA
に分けられます。

この項目で扱う、
長いDNAの例を
挙げてみましょう。

ヒトの細胞の長いDNAは、
細胞内にある、核(かく)という
球状の構造物に入っています。

典型的な核の直径は
約0.005 mmです。

一方、
核に含まれるDNAの長さは
約2 mで、

核の直径の
40万倍もあります。

これは、

直径約6.5 cmのテニスボールに、
長さ26 km(東京タワー78本分、スカイツリー41本分)
の長い糸が入っていることに
相当するのです(下図:東京タワーの例え)。

1個のテニスボールの隣に、78本の東京タワーと1本のDNAの図が描かれいる。

こんなにも長いDNAは、
どのようにして
細胞内に入っているのでしょうか?

細胞内では、
長いDNAは

染色体(せんしょくたい)

という構造物となって
存在しています。

染色体は、
DNAとタンパク質からなる
構造物
です。

タンパク質は、
筋肉の成分となる他にも、
多彩な働きをします。

長いDNAにタンパク質が
結合することで、

とても長い糸状のDNAが、
適度に短い糸状の染色体となって、

小さな細胞内に
うまく収まっているのです。

・・・・・・・・・・

さて、この記事では 、
全ての細胞に共通する
3つの特徴、

・細胞膜で囲まれる
・細胞内は細胞質基質で満たされる
・細胞内にDNAをもつ

について解説してきました。

最後に、最重要ポイントの
確認問題をやってみましょう。

次の記事 ⇒「原核生物と真核生物、単細胞生物と多細胞生物」

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2:確認問題

下の文章中の空欄に
当てはまる語句を答えなさい。

全ての細胞に共通した特徴として、
(①)膜で囲まれる
・細胞内が(②)という
 液状の成分で満たされる
・細胞内に(③)という糸状の物質をもつ
ということが挙げられる。

長い(③)は、
タンパク質と結合した(④)という
構造物の形で存在している。

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解答

全ての細胞に共通した特徴として、
(①細胞)膜で囲まれる
・細胞内が(②細胞質基質)という
 液状の成分で満たされる
・細胞内に(③DNA)という糸状の物質をもつ
ということが挙げられる。

長い(③)は、
タンパク質と結合した(④染色体)という
構造物の形で存在している。

次の記事 ⇒「原核生物と真核生物、単細胞生物と多細胞生物」

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