『生物基礎』細胞周期・体細胞分裂らくらく理解法
目次
０：体細胞分裂の落とし穴
思ったんですけど、
S期とか前期とか、
時期の名前ばっかり出てきて
よく分からないんですよね。
体細胞分裂の学習では、
１つの細胞が２つの細胞に
分かれる過程を扱いますが、
分裂の過程を細かく区分して
S期や前期といったように名前がついており、
パッと見、複雑に感じられます。
でも実は、生物基礎で学ぶ範囲内の
体細胞分裂の仕組み自体は、
とってもシンプルなのです。
その仕組みを理解しておけば、
細かい区分の名称などは、後から
さらっと覚えることができるでしょう。
はいはい、慌てなくても、
順序よく解説していきますからね。
１：体細胞分裂とは
生物の体を構成する細胞が
分裂することを、
体細胞分裂といいます。
例えば、ヒトの皮膚の細胞は、
毎日沢山はがれ落ち、これを
フケやアカなどと呼んでいますが、
はがれ落ちても皮膚が薄くならないのは、
皮膚の内部で、体細胞分裂が毎日行われ
新しい細胞が作られているからです。
体細胞分裂において
最も重要なポイントといえることは、
分裂前の細胞と分裂後の細胞とで、
細胞が持つＤＮＡの遺伝情報が同じになる
ということです。
その結果として、
体細胞分裂で生じた細胞同士も
ＤＮＡの遺伝情報が同じになります。
(下図：〇は細胞を表す)
例えば、ヒトの成長では、
受精卵という細胞が体細胞分裂を
繰り返すことで細胞の数を増やし、
体を形成していきます。
このため、
同一人物の体であれば、
例外的な一部の細胞を除き、
髪の毛の細胞であっても
足の指先の細胞であっても、
DNAの遺伝情報は同じなのです。
自分の体のどの部位から
細胞を採取しても、
その細胞が、DNAの遺伝情報からみて
確かに自分自身の細胞であるのは
体細胞分裂によっているのです。
細胞ができるのですか？
そこなんです。生物基礎では、
１つの細胞から、同じ遺伝情報のDNAをもつ
２つの細胞がどのようにできるのか、
その仕組みに注目するのです。
DNAや遺伝情報という言葉の
意味自体を追求していくと
難しいことも出てくるでしょう。
でも、今回は、
DNAを分ける仕組み
を学びます。
そして、その仕組みは、
とってもシンプルなのですよ。
２：細胞周期(間期と分裂期)
体細胞分裂を繰り返している細胞において、
分裂が終わってから、次の分裂が終わるまでの
過程のことを細胞周期といいます。
細胞周期は、
・間期：分裂の準備をする時期
・分裂期：細胞が２つに分かれる時期
の２つの時期に分けられます。
間期の時間の長さは、
分裂期の時間の長さに比べて
ずっと長いです(下図※)。
※：時間の長さの違いを矢印の
長さの違いで描いている。
体細胞分裂は、失敗すれば
細胞の死などにつながることもある
とても繊細な現象です。
それだけに、分裂そのものよりも、
分裂のための準備に、より多くの時間を
かけているのだと理解しておきましょう。
実際、間期にはDNAの量を
倍加するという重要な現象が
おきます。
３：間期にはDNAの複製が行われる
もとのDNAと全く同じ
DNAが合成されることを
DNAの複製
といいます(下図)。
複製で生じたDNAの遺伝情報は、
もとのDNAの遺伝情報と同一になります。
間期は、大きく３つの時期に
区分されています。
間期のうち、
DNAの複製が行われている
時期のことをS期(DNA合成期ともいう)
とよびます。
また、S期の前に、
DANの複製の準備をする時期のことを
G1期(DNA合成準備期ともいう)とよび、
S期の後で、
分裂期に入る準備をする時期のことを
G2期(分裂準備期ともいう)とよびます(下図)。
間期のＳ期に複製されたDNAは、
その後、細胞が２つに分かれる過程で
各々の細胞に分配されるのです。
(下図：真核細胞での模式図)
このため、
分裂の前後で、細胞がもつDNAの
遺伝情報が同じになり、
分裂で増えた細胞どうしも、
DNAの遺伝情報が同じになるのです。
では、次に
複製後のＤＮＡをどのようにして
２つの細胞へ分配するのか、
分裂の過程を通して見ていきましょう。
４：分裂期を学ぶための予備知識
以下、真核細胞(核を持つ細胞)における
体細胞分裂の分裂期について解説します。
4-1. 母細胞と娘細胞
分裂期には、
１つの細胞が２つに分裂します。
分裂が行われるとき、
分裂前の細胞のことを
母細胞(ぼさいぼう)とよび、
分裂後の細胞のことを
娘細胞(むすめさいぼう)
とよびます(下図)。
娘細胞は、
次の分裂の際には
母細胞となります。
いえ、今のところ、
そのような呼称の細胞はありません。
4-2. 細胞質
あとで細胞質分裂という
現象が出てきますので、
細胞質という用語の意味を
先に押さえておきましょう。
真核細胞(核を持つ細胞)では、
核を基準にして
細胞の構造をみると、
細胞は、
核と細胞質に
分けられます。
細胞質というのは、
細胞膜に囲まれた細胞構造のうち
核以外の部分のことです。
細胞質の最も外側は、
細胞膜にあたります(下図)。
4-3. 核分裂と細胞質分裂
真核細胞の体細胞分裂の際は、
以下の２つの現象が見られます。
・核分裂：核が分かれること
・細胞質分裂：細胞質が分かれること
一般に、核分裂が先行して
起こります(下図)。
核分裂が起きることで、
あらかじめ複製されたDNAが
２つの娘細胞に分配され、
同じ遺伝情報をもつDNAが
含まれる２つの娘細胞が
生じるのです。
５：分裂期各期のポイント
以下、真核細胞(核を持つ細胞)における
体細胞分裂の分裂期について解説します。
5-1. 染色体の変化をとらえる
分裂期の様子を見ていく上で、
染色体の変化を捉えることが
ポイントです。
だけど、ちょっとだけ復習をしてほしいです。
DNAの形は、糸状で非常に長く、
適度に折りたたまれて細胞の
核内に入っています。
この、
DNAが折りたたまれた
構造物のことを染色体と
呼んでいるのです。
ですから、分裂期の
染色体の変化を捉える
というのは、
DNAを２つの娘細胞に
分配する様子を捉える
ということなのです。
5-2. 間期の染色体
まずは、間期の染色体の状態を
確認しておきましょう。
間期の染色体は、
折りたたまれた構造である
といっても、
まだ、かなり細く長い状態で
核内に分散しています。
このため、染色体を染色しても、
光学顕微鏡レベルでは糸状には見えず、
モヤがかかったように見えます
(下図：染色した核)。
ですが、解説の都合上、
間期の染色体を糸状に描いた
模式図を使って説明します。
真核細胞の核内には、複数本の
染色体が含まれますが、
簡単のため、
２本の染色体をもつ
植物細胞と動物細胞を想定して
DNAの複製前の図を
描いてみましょう(下図)。
※：2本の染色体を赤と青で区別している。
DNAの複製が行われると、
下図のように、染色体が
くっついた状態で存在しています。
単に、DNAの複製の結果、
染色体が倍加したのです。
では、分裂期に入ると
どうなるのでしょうか。
5-3. 分裂期(前期～終期)の様子
分裂期は、
染色体の変化の段階に応じて、
以下の４つの時期
前期、中期、後期、終期
に分けられます。
分裂期の様子を、
植物細胞と動物細胞の
模式図で解説しますが、
注目すべき点は
倍加した染色体を段取りよく
2つの細胞に分けている
ということです。
①前期
まず、分散していた染色体が、
さらに折りたたまれます。
分裂期に染色体が
折りたたまれることを
染色体の凝縮(ぎょうしゅく)とよび、
凝縮した結果、染色体は、
間期に比べて１本１本が
より短く、より太くなります。
生物基礎の教科書では、
この状態の染色体の形を
ひも状と表現しているのです。
(下図：赤青の線は、ひも状の染色体を示す)
さらに、
染色体の凝縮と同時に
核膜が消えます。
上図では、消えた核膜を
点線で表現しています。
核膜が消える結果、
のちに染色体を細胞内で２つに
分けることが可能になるのです。
以上の現象が起きる時期を
前期とよびます。
②中期
前期に続き、染色体がさらに凝縮します。
その結果、さらに太く短い染色体となります。
この状態の染色体の形のことを、
教科書では、棒状と表現しています。
そして、棒状となった染色体は
細胞の中央部(赤道面という)に並び、
いよいよ、染色体を２つに分ける
配置を整えた状態となるのです(下図)。
この状態までの時期を
中期とよびます。
③後期
赤道面に並んだ染色体が２つに分かれ、
それぞれ反対方向へ移動します。
各染色体の真ん中の部分が
引っ張られるようにして移動するため、
移動する染色体の形は「＜、＞」の
形に見えます(下図：左右に移動)。
この移動する時期を
後期といいます。
④終期
凝縮していた染色体が再び
細く長くなっていき分散します。
また、染色体を囲うように
核膜が生じます。
つまり、見た目上、
前期とは逆の現象が起こるのです。
そして同時に
細胞質分裂が起こり、
２つの娘細胞が生じます(下図)。
ちょっと細かいですが、細胞質分裂は、
植物細胞では赤道面に仕切りができるように、
動物細胞では赤道面の部分が
くびれるように起こります(上図)。
以上の現象が起きる時期の
ことを終期といいます。
これで分裂期が完了し、
間期(のG1期)から始まった細胞周期が
１周したことになります。
細胞の真ん中に並べてから２つに分ける。
本当にシンプルで効率のよい方法で
細胞はDNAを分配しているのですね。
前期や中期などの細かい区分に惑わされてました。
そうなんです。
もちろん、区分して捉えることは、
物事を理解するうえで大切なことです。
でも、その区分にとらわれ過ぎてしまうと、
本来起きていること、そのものが
見えなくなってしまうのですね。
さて、長くなりましたが
体細胞分裂の解説は
これで終わりです。
また別の記事で
お会いしましょう。
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