細胞の外部構造と内部構造。 細胞の奇跡: ヒト細胞の構造と形状。 ヒト細胞の重要な特性

細胞理論:この理論の創設者はドイツの科学者T.シュワンであり、M.シュライデン、L.オーケンの研究に基づいています。 、V 1838 ～ 1839 年 と以下の規定を制定しました。

現代の細胞理論:

ユーカロテス （核）も超王国を構成します。 それは菌類、動物、植物の王国を結び付けます。

トピック: 細胞の構造と機能

細胞構造。 細胞質の構造系

細胞– 生命システムの基本単位。 特定の機能の実行を担う生細胞のさまざまな構造は、生物全体の器官と同様に細胞小器官と呼ばれます。 細胞内の特定の機能は、細胞核、ミトコンドリアなどの特定の形状を有する細胞内構造である細胞小器官間に分配されています。

細胞構造:

細胞質。 細胞膜と核の間に囲まれた細胞の重要な部分。 サイトゾル- 粘性があります 水溶液さまざまな塩や有機物質が、タンパク質の糸のシステム、つまり細胞骨格に浸透しています。 細胞のほとんどの化学的および生理学的プロセスは細胞質で起こります。 構造: サイトゾル、細胞骨格。 機能: さまざまな細胞小器官、細胞内環境を含む
細胞膜。 動物や植物の各細胞は、原形質膜によって環境や他の細胞から制限されています。 この膜の厚さは非常に薄い（約 10 nm）ため、電子顕微鏡でのみ観察できます。

脂質それらは膜内に二重層を形成し、タンパク質はその厚さ全体に浸透し、脂質層の異なる深さに浸漬するか、膜の外面と内面に位置します。 他のすべての細胞小器官の膜の構造は細胞膜に似ています。 構造：脂質、タンパク質、炭水化物の二重層。 機能: 制限、細胞の形状の維持、損傷からの保護、物質の摂取と除去の調節。

リソソーム。 リソソームは膜に結合した細胞小器官です。 それらは楕円形で、直径は 0.5 ミクロンです。 これらには、有機物質を破壊する一連の酵素が含まれています。 リソソーム膜は非常に強力で、それ自体の酵素が細胞質に浸透するのを防ぎますが、リソソームが何らかの損傷を受けると、 外部の影響、その後、細胞全体またはその一部が破壊されます。
リソソームは、植物、動物、菌類のすべての細胞に存在します。

リソソームは、さまざまな有機粒子を消化することにより、細胞内の化学プロセスおよびエネルギープロセスに追加の「原料」を提供します。 細胞が飢餓状態になると、リソソームは細胞を殺さずに一部の細胞小器官を消化します。 この部分消化により、しばらくの間必要最小限の栄養素が細胞に提供されます。 リソソームは細胞全体や細胞群を消化することがありますが、これは動物の発生過程で重要な役割を果たします。 例としては、オタマジャクシがカエルに変化するときに尻尾が失われることが挙げられます。 構造: 楕円形の小胞、外側に膜、内側に酵素。 機能: 有機物質の分解、死んだ細胞小器官の破壊、使用済み細胞の破壊。

ゴルジ複合体。 小胞体の空洞および細管の管腔に入った生合成産物は、濃縮され、ゴルジ装置内に輸送されます。 この細胞小器官の大きさは 5 ～ 10 μm です。

構造：膜で囲まれた空洞（気泡）。 機能：有機物の蓄積、パッケージング、排泄、リソソームの形成

小胞体。 小胞体は、細胞の細胞質内で有機物質を合成および輸送するためのシステムであり、連続した空洞の透かし構造です。
小胞体の膜に付着 大きな数リボソームは最小の細胞小器官であり、直径 20 nm の球のような形をしています。 RNAとタンパク質から構成されています。 タンパク質の合成はリボソーム上で行われます。 次に、新しく合成されたタンパク質は空洞と尿細管の系に入り、そこを通って細胞内を移動します。 空洞、細管、膜からの管、膜表面のリボソーム。 機能：リボソームを利用した有機物質の合成、物質の輸送。

リボソーム。 リボソームは小胞体の膜に付着しているか、細胞質内に遊離しており、グループで位置し、タンパク質はその上で合成されます。 タンパク質組成、リボソーム RNA 機能: タンパク質の生合成 (タンパク質分子の集合) を保証します。
ミトコンドリア。 ミトコンドリアはエネルギー細胞小器官です。 ミトコンドリアの形状は異なり、棒状、平均直径 1 ミクロンの糸状などもあります。 長さは7μmです。 ミトコンドリアの数は細胞の機能活性に依存し、昆虫の飛翔筋では数万に達することがあります。 ミトコンドリアの外側は外膜で囲まれており、その下に内膜があり、多数の突起であるクリステを形成しています。

ミトコンドリアの中にはRNA、DNA、リボソームがあります。 特定の酵素がその膜に組み込まれており、その助けを借りて栄養素のエネルギーがミトコンドリアでATPエネルギーに変換されます。ATPエネルギーは、細胞と生物体全体の生命に必要です。

膜、マトリックス、成長物 - クリステ。 機能: ATP 分子の合成、自身のタンパク質、核酸、炭水化物、脂質の合成、自身のリボソームの形成。

色素体。 植物細胞のみ：白質、葉緑体、色素体。 機能: 予備有機物質の蓄積、受粉昆虫の誘引、ATP と炭水化物の合成。 葉緑体は直径 4 ～ 6 ミクロンの円盤または球のような形をしています。 外側と内側の二重膜を備えています。 葉緑体の内部には、リボソーム DNA と特別な膜構造 (グラナ) があり、互いに結合され、葉緑体の内膜にも結合されています。 各葉緑体には約 50 個の粒子があり、光をよりよく取り込むために市松模様に配置されています。 グラン膜にはクロロフィルが含まれており、これにより太陽光のエネルギーがATPの化学エネルギーに変換されます。 ATP のエネルギーは、葉緑体で有機化合物、主に炭水化物の合成に使用されます。
色素体。 赤の顔料と 黄色、色素体に位置し、植物のさまざまな部分に赤と黄色の色を与えます。 ニンジン、トマトの果実。

白緑体は、予備栄養素であるデンプンが蓄積する場所です。 ジャガイモ塊茎の細胞には特に白血球が多く存在します。 光が当たると、白緑体は葉緑体に変わることがあります（その結果、ジャガイモの細胞が緑色に変わります）。 秋になると葉緑体が色緑体に変化し、緑の葉や果実が黄色や赤に色づきます。

細胞中心。 互いに垂直に配置された 2 つの円柱、中心小体で構成されます。 機能: スピンドルねじのサポート

細胞封入体は細胞質に現れるか、細胞の生存中に消えます。

緻密で粒状の介在物が予備を含む 栄養素(デンプン、タンパク質、糖、脂肪) またはまだ除去できない細胞老廃物。 植物細胞のすべての色素体は、予備栄養素を合成し蓄積する能力を持っています。 植物細胞では、予備栄養素の貯蔵が液胞内で起こります。

粒、顆粒、ドロップ機能: 有機物とエネルギーを貯蔵する非永久地層

芯。 2 つの膜の核膜、核液、核小体。 機能：細胞内の遺伝情報の保存とその再生、RNAの合成 - 情報伝達、輸送、リボソーム。 核膜には胞子が含まれており、これを介して核と細胞質の間で物質の活発な交換が起こります。 核には、特定の細胞のすべての特徴や性質、細胞内で起こるはずのプロセス（タンパク質合成など）だけでなく、生物全体の特徴に関する遺伝情報も保存されています。 情報は染色体の主要部分である DNA 分子に記録されます。 核には核小体が含まれています。 核は、遺伝情報を含む染色体の存在により、細胞のすべての生命活動と発達を制御する中枢として機能します。

細胞- すべての生物（非細胞生命体と呼ばれることが多いウイルスを除く）の構造と生命活動の基本単位であり、独自の代謝を持ち、独立して存在し、自己複製および発達することができます。 すべての生物は、多細胞動物、植物、菌類のように多くの細胞から構成されているか、多くの原生動物や細菌のように単細胞生物です。 細胞の構造と機能を研究する生物学の分野は細胞学と呼ばれます。 で 最近細胞生物学、または細胞生物学について話すことも通例です。

細胞構造地球上のすべての細胞生命体は、構成細胞の構造に基づいて、原核生物 (前核) と真核生物 (核) の 2 つのスーパー王国に分けることができます。 原核細胞は構造がより単純で、明らかに進化の過程の早い段階で誕生しました。 真核細胞はより複雑で、後に誕生しました。 人間の体を構成する細胞は真核細胞です。 さまざまな形態にもかかわらず、すべての生物の細胞の組織は共通の構造原理に従います。 細胞の生きた内容物であるプロトプラストは、原形質膜またはプラズマレンマによって環境から分離されています。 細胞内は細胞質で満たされており、その中にはさまざまな細胞小器官や細胞封入体のほか、DNA 分子の形の遺伝物質が存在します。 それぞれの細胞小器官は独自の特別な機能を実行し、それらすべてが一緒になって細胞全体の生命活動を決定します。

原核細胞

原核生物（ラテン語の pro - 以前、以前、ギリシャ語の κάρῠον - コア、ナッツ） - 真核生物とは異なり、形成された細胞核や他の内部膜小器官を持たない生物（光合成種の平らなタンクを除く）シアノバクテリア）。 唯一の大きな環状（一部の種では直鎖状）二本鎖 DNA 分子は、細胞の遺伝物質（いわゆる核様体）の大部分を含み、ヒストンタンパク質（いわゆるクロマチン）と複合体を形成しません。 ）。 原核生物には、シアノバクテリア (藍藻) を含む細菌や古細菌が含まれます。 原核細胞の子孫は、真核細胞の細胞小器官であるミトコンドリアと色素体です。

真核細胞

真核生物(真核生物) (ギリシャ語の ευ - 良い、完全、κάρῠον - 核、ナッツから) - 原核生物とは異なり、核膜によって細胞質から区切られた、形成された細胞核を持つ生物。 遺伝物質は、いくつかの直鎖二本鎖 DNA 分子 (生物の種類に応じて、核あたりの数は 2 から数百の範囲) に含まれており、細胞核の内側から膜に付着して広大な構造を形成します。大部分（渦鞭毛藻を除く）はクロマチンと呼ばれるヒストンタンパク質との複合体です。 真核細胞には、核に加えて他の多くの細胞小器官 (小胞体、ゴルジ体など) を形成する内膜系があります。 さらに、大部分は恒久的な細胞内原核生物共生生物であるミトコンドリアを持ち、藻類や植物も色素体を持っています。

細胞膜細胞膜はとても 重要な部分細胞。 すべての細胞コンポーネントをまとめて保持し、内部環境と外部環境を描写します。 さらに、細胞膜の改変されたひだによって、細胞小器官の多くが形成されます。 細胞膜は分子の二重層 (二分子層、または二重層) です。 これらは主にリン脂質の分子とそれに関連するその他の物質です。 脂質分子には二重の性質があり、それは水との関係でどのように振る舞うかに現れます。 分子の頭は親水性です。 水との親和性があり、炭化水素尾部は疎水性です。 したがって、脂質は水と混合すると、その表面に油膜のような膜を形成します。 さらに、それらの分子はすべて同じ方向を向いています。分子の頭部は水中にあり、炭化水素の尾部は水面上にあります。 細胞膜にはこのような層が 2 つあり、それぞれの分子の頭は外側を向き、尾は膜の内側を向いており、したがって水と接触しません。 このような膜の厚さは約 100 μm です。 7nm。 主要な脂質成分に加えて、脂質二重層内で「浮遊」できる大きなタンパク質分子が含まれており、一方の面が細胞の内側を向き、もう一方の面が外部環境と接触するように配置されています。 一部のタンパク質は、膜の外側表面または内側表面にのみ存在するか、脂質二重層に部分的にのみ浸漬されています。

主要 細胞膜機能細胞の内外への物質の移動を調節することです。 膜は物理的に油に似ているため、油やエーテルなどの有機溶媒に溶ける物質は容易に通過します。 酸素や二酸化炭素などの気体も同様です。 同時に、膜はほとんどの水溶性物質、特に糖や塩に対して実質的に不透過性です。 これらの特性のおかげで、細胞内では外部とは異なる化学環境を維持することができます。 たとえば、血液中ではナトリウムイオンの濃度が高く、カリウムイオンの濃度は低くなりますが、細胞内液中ではこれらのイオンは逆の比率で存在します。 同様の状況は、他の多くの化合物でもよく見られます。 しかし、細胞は代謝に必要な物質を受け取り、最終生成物を除去しなければならないため、細胞を環境から完全に隔離することができないことは明らかです。 さらに、脂質二重層は、水溶性物質やそれを透過するいわゆる物質に対しても完全に不浸透性ではありません。 「チャネル形成」タンパク質は、（タンパク質の立体構造の変化に応じて）開閉できる細孔またはチャネルを作成し、開いたときに特定のイオン（Na+、K+、Ca2+）を濃度勾配に沿って伝導します。 したがって、膜の透過性が低いだけでは細胞内外の濃度差を維持することができません。 実際、分子の「ポンプ」の機能を果たすタンパク質が含まれています。タンパク質は、濃度勾配に逆らって特定の物質を細胞の内外に輸送します。 その結果、例えば細胞内のアミノ酸の濃度が高く、細胞外のアミノ酸の濃度が低い場合でも、アミノ酸は外部環境から内部環境へ流れることができます。 この移動は能動輸送と呼ばれ、代謝によって供給されるエネルギーを使用します。 膜ポンプは非常に特異的であり、それぞれが特定の金属のイオンのみ、またはアミノ酸、または糖を輸送することができます。 膜イオンチャネルも特異的です。 このような選択的透過性は生理学的に非常に重要であり、その欠如は細胞死の最初の証拠となります。 これはビートの例で簡単に説明できます。 生きたビートの根を浸すと、 冷水、その後、色素が残ります。 ビーツを茹でると細胞が死んで透過しやすくなり、色素が失われるため水が赤くなります。 細胞はタンパク質などの大きな分子を「飲み込む」ことができます。 特定のタンパク質の影響下で、それらが細胞の周囲の液体に存在すると、細胞膜に陥入が発生し、その後閉じて小胞（水とタンパク質分子を含む小さな液胞）を形成します。 この後、液胞の周囲の膜が破れ、内容物が細胞内に入ります。 このプロセスは、飲作用（文字通り「細胞を飲む」）またはエンドサイトーシスと呼ばれます。 食べかすなどの大きな粒子も、いわゆる「発作」の間に同様の方法で吸収されます。 食作用。 通常、食作用中に形成される液胞はより大きく、食物は周囲の膜が破裂する前に液胞内のリソソーム酵素によって消化されます。 このタイプの栄養は、細菌を食べるアメーバなどの原生動物に典型的です。 しかし、食作用の能力は、下等動物の腸細胞と、脊椎動物の白血球（白血球）の一種である食細胞の両方に特徴的です。 後者の場合、このプロセスの意味は、食細胞自体の栄養ではなく、細菌、ウイルス、および体に有害なその他の異物の破壊にあります。 液胞の機能は異なる場合があります。 たとえば、そこに生息する原生動物は、 淡水細胞内部の塩濃度は外部よりもはるかに高いため、水の一定の浸透圧流入が発生します。 彼らは水を特別な排泄（収縮）液胞に分泌することができ、定期的にその内容物を押し出します。 植物細胞は多くの場合、細胞のほぼ全体を占める 1 つの大きな中央液胞を持っています。 細胞質は、細胞壁と液胞の間に非常に薄い層しか形成しません。 このような液胞の機能の 1 つは水の蓄積であり、これにより細胞のサイズが急速に増大します。 この能力は、植物組織が成長して繊維構造を形成する時期に特に必要です。 組織では、細胞がしっかりと結合している場所で、その膜には、膜を貫通するタンパク質によって形成された多数の孔、いわゆる孔が含まれています。 接続。 隣接する細胞の細孔は互いに反対側に位置しているため、低分子物質は細胞から細胞へ移動できます。この化学伝達システムが細胞の生命活動を調整します。 このような調整の一例は、多くの組織で観察される隣接する細胞の多かれ少なかれ同期的な分裂です。

細胞質

細胞質には外膜と同様の内膜が含まれており、さまざまな種類の細胞小器官を形成しています。 これらの膜は、外膜のひだとして考えることができます。 場合によっては、内膜が外膜と一体になっている場合もありますが、多くの場合、内膜が解けて外膜との接触が遮断されます。 ただし、たとえ連絡が取れていたとしても、内部および 外膜必ずしも化学的に同一であるとは限りません。 特に、膜タンパク質の組成は細胞小器官によって異なります。

細胞質構造

細胞質の液体成分はサイトゾルとも呼ばれます。 光学顕微鏡で観察すると、細胞は液体の血漿やゾルのようなもので満たされており、その中に核や他の細胞小器官が「浮遊」しているように見えました。 実はこれは真実ではありません。 真核細胞の内部空間は厳密に秩序化されています。 細胞小器官の動きは、細胞内の「道路」として機能する特殊な輸送システム、いわゆる微小管と、「モーター」の役割を果たす特殊なタンパク質のダイニンとキネシンの助けを借りて調整されます。 個々のタンパク質分子も細胞内空間全体に自由に拡散するわけではありませんが、認識可能な表面上の特別なシグナルを使用して必要なコンパートメントに誘導されます。 輸送システム細胞。

小胞体

真核細胞には、小胞体 (または小胞体、ER または EPS) と呼ばれる、相互に通過する膜コンパートメント (管および槽) のシステムがあります。 リボソームが膜に結合している小胞体の部分は、顆粒（または粗面）小胞体と呼ばれ、タンパク質合成はその膜上で行われます。 壁にリボソームを持たないコンパートメントは、脂質合成に関与する平滑 (または無顆粒) ER として分類されます。 滑らかなERと粒状のERの内部空間は隔離されておらず、相互に通過し、核膜の内腔と連通しています。

ゴルジ体

ゴルジ体は平膜槽の積み重ねであり、端に近づくにつれて若干拡張しています。 ゴルジ体のタンクでは、顆粒小胞体の膜上で合成され、分泌またはリソソームの形成を目的としたいくつかのタンパク質が成熟します。 ゴルジ装置は非対称です - 細胞核の近くに位置する槽 (シスゴルジ) には最も成熟していないタンパク質が含まれており、膜小胞 - 小胞体から出芽する小胞 - がこれらの槽に継続的に付着しています。 どうやら、同じ小胞の助けを借りて、あるタンクから別のタンクへの成熟タンパク質のさらなる移動が発生します。 最終的に、完全に成熟したタンパク質を含む小胞が細胞小器官の反対側の端 (トランス ゴルジ) から出芽します。

芯

核は二重膜で囲まれています。 2 つの膜間の非常に狭い (約 40 nm) 空間は核周囲と呼ばれます。 核膜は小胞体の膜を通過し、核周囲空間が網様空間に開いています。 通常、核膜には非常に狭い孔があります。 どうやら、メッセンジャー RNA などの大きな分子は、DNA 上で合成されて細胞質に入るなど、それらを通って輸送されるようです。 遺伝物質の大部分は細胞核の染色体にあります。 染色体は二本鎖 DNA の長い鎖で構成されており、これに塩基性 (つまりアルカリ性) タンパク質が結合しています。 染色体には複数の同一の DNA 鎖が隣り合って存在する場合があります。このような染色体はポリテン (多重鎖) と呼ばれます。 染色体の数は種によって異なります。 人体の二倍体細胞には、46 本の染色体、つまり 23 対が含まれています。 非分裂細胞では、染色体は 1 つ以上の点で核膜に付着しています。 コイルが解けた通常の状態では、染色体は非常に薄いため、光学顕微鏡では見ることができません。 1 つまたは複数の染色体の特定の遺伝子座 (セクション) では、ほとんどの細胞の核に存在する、いわゆる高密度体が形成されます。 核小体。 核小体では、リボソームの構築に使用される RNA や他の種類の RNA の合成と蓄積が行われます。

リソソーム

リソソームは、単一の膜で囲まれた小さな小胞です。 それらはゴルジ体から、そしておそらく小胞体から出芽します。 リソソームには、大きな分子、特にタンパク質を分解するさまざまな酵素が含まれています。 これらの酵素は、その破壊的な作用により、いわばリソソームに「閉じ込められ」、必要な場合にのみ放出されます。 したがって、細胞内消化中に、酵素がリソソームから消化液胞に放出されます。 リソソームは細胞の破壊にも必要です。 たとえば、オタマジャクシが成体のカエルに変化する際、リソソーム酵素の放出により尾細胞が確実に破壊されます。 この場合、これは正常であり、体にとって有益ですが、場合によっては、そのような細胞の破壊は病的である場合があります。 たとえば、アスベスト粉塵を吸入すると、肺細胞に浸透し、リソソームが破裂して細胞が破壊され、肺疾患が発症する可能性があります。

細胞骨格

細胞骨格の要素には、細胞の細胞質に位置するタンパク質原線維構造、つまり微小管、アクチン、中間フィラメントが含まれます。 微小管は細胞小器官の輸送に関与し、鞭毛の一部であり、有糸分裂紡錘体は微小管から構築されます。 アクチンフィラメントは、細胞の形状と仮足反応の維持に不可欠です。 中間フィラメントの役割は、細胞構造を維持することでもあるようです。 細胞骨格タンパク質は、細胞タンパク質質量の数十パーセントを占めます。

中心体

中心小体は、動物細胞の核の近くに位置する円筒形のタンパク質構造です (植物には中心小体はありません)。 中心小体は円柱です 側面 9 セットの微小管によって形成されます。 セット内の微小管の数は、生物によって 1 から 3 まで異なります。中心小体の周囲には、いわゆる細胞骨格組織の中心があり、細胞の微小管のマイナス端がグループ化されている領域です。 分裂前の細胞には、互いに直角に位置する 2 つの中心小体が含まれています。 有糸分裂中に、それらは細胞のさまざまな端に移動し、紡錘体の極を形成します。 細胞質分裂後、各娘細胞は 1 つの中心小体を受け取り、次の分裂のために 2 倍になります。 中心小体の複製は分裂によってではなく、既存の構造に垂直な新しい構造の合成によって起こります。 中心小体は鞭毛や繊毛の基底体と明らかに相同です。

ミトコンドリア

ミトコンドリアは特別な細胞小器官であり、その主な機能は普遍的なエネルギー担体である ATP の合成です。 呼吸（酸素の吸収と二酸化炭素の放出）もミトコンドリアの酵素系によって起こります。 マトリックスと呼ばれるミトコンドリアの内腔は、外側と内側の 2 つの膜によって細胞質から区切られており、それらの間には膜間空間があります。 ミトコンドリアの内膜は折り目、いわゆるクリステを形成します。 マトリックスには、呼吸と ATP 合成に関与するさまざまな酵素が含まれています。 ミトコンドリア内膜の水素ポテンシャルは、ATP 合成にとって非常に重要です。 ミトコンドリアは独自の DNA ゲノムと原核生物のリボソームを持っており、これはこれらの細胞小器官の共生起源を確かに示しています。 すべてのミトコンドリアタンパク質がミトコンドリア DNA にコードされているわけではありません。ミトコンドリアタンパク質の遺伝子のほとんどは核ゲノムに位置し、対応する産物が細胞質で合成され、その後ミトコンドリアに輸送されます。 ミトコンドリア ゲノムのサイズはさまざまです。たとえば、ヒトのミトコンドリア ゲノムには 13 個の遺伝子しか含まれていません。 研究された生物の中で最も多くのミトコンドリア遺伝子 (97) には、原生動物 Reclinomonas americana が含まれています。

細胞の化学組成

通常、細胞質量の 70 ～ 80% は水であり、その中にはさまざまな塩や低分子量物質が溶解しています。 有機化合物。 細胞の最も特徴的な構成要素はタンパク質と核酸です。 いくつかのタンパク質は細胞の構造成分であり、他のタンパク質は酵素です。 細胞内で起こる化学反応の速度と方向を決定する触媒。 核酸は、細胞内タンパク質合成の過程で実現される遺伝情報の伝達者として機能します。 多くの場合、細胞には食物の貯蔵庫として機能する一定量の貯蔵物質が含まれています。 植物細胞は主に炭水化物の重合体であるデンプンを貯蔵します。 別の炭水化物ポリマーであるグリコーゲンは、肝臓および筋肉細胞に貯蔵されます。 頻繁に保​​存される食品には脂肪も含まれていますが、一部の脂肪は異なる機能を実行します。つまり、必須の構造成分として機能します。 細胞内のタンパク質（種子細胞を除く）は通常、保存されません。 細胞の典型的な構成を説明することは不可能です。主な理由は、貯蔵されている食物と水の量に大きな違いがあるためです。 たとえば、肝細胞には 70% の水、17% のタンパク質、5% の脂肪、2% の炭水化物、および 0.1% の核酸が含まれています。 残りの 6% は塩および低分子量有機化合物、特にアミノ酸に由来します。 通常、植物細胞にはタンパク質が少なく、炭水化物が大幅に多く、水分が若干多く含まれています。 例外は、休止状態にある細胞です。 胚の栄養源となる小麦粒の休止細胞には、約 タンパク質 12% (ほとんどが貯蔵タンパク質)、脂肪 2%、炭水化物 72%。 水の量は穀物の発芽の初めにのみ通常のレベル（70〜80％）に達します。

細胞を研究する方法

光学顕微鏡.

細胞の形態と構造の研究において、最初のツールは光学顕微鏡でした。 その分解能は、光の波長に相当する寸法 (0.4 ～ 0.7 μm) によって制限されます。 可視光）。 ただし、細胞構造の多くの要素のサイズははるかに小さいです。 もう 1 つの問題は、ほとんどの細胞成分が透明で、屈折率が水とほぼ同じであることです。 視認性を向上させるために、さまざまな細胞成分に対して異なる親和性を持つ染料がよく使用されます。 染色は細胞化学の研究にも使用されます。 たとえば、一部の色素は核酸に優先的に結合し、それによって細胞内での局在を明らかにします。 生細胞と呼ばれる染料のごく一部は生きた細胞を染色するために使用できますが、通常はまず細胞を（タンパク質凝固物質を使用して）固定する必要があり、それから初めて染色できます。 通常、試験前に細胞または組織片をパラフィンまたはプラスチックに包埋し、ミクロトームを使用して非常に薄い切片に切断します。 この方法は、腫瘍細胞を特定するために臨床検査室で広く使用されています。 従来の光学顕微鏡に加えて、その他の 光学的方法細胞研究: 蛍光顕微鏡法、位相差顕微鏡法、分光法、X 線回折分析。

電子顕微鏡.

電子顕微鏡の分解能は約 1000 万です。 1～2nm。 大きなタンパク質分子を研究するにはこれで十分です。 通常、金属塩または金属を使用してオブジェクトに色を付けたり、コントラストを付けたりする必要があります。 この理由と、対象物を真空中で検査するため、電子顕微鏡を使用して研究できるのは死んだ細胞だけです。

代謝中に細胞に吸収される放射性同位体を培地に添加すると、オートラジオグラフィーを使用してその細胞内局在を検出できます。 この方法では、細胞の薄い切片がフィルム上に配置されます。 放射性同位体が存在する場所ではフィルムが暗くなります。

遠心分離.

細胞成分の生化学的研究では、機械的、化学的、または超音波によって細胞を破壊する必要があります。 放出された成分は液体中に懸濁しており、遠心分離 (ほとんどの場合は密度勾配) によって分離および精製できます。 通常、このような精製された成分は高い生化学的活性を保持しています。

細胞培養.

一部の組織は個々の細胞に分割できるため、細胞は生きたままになり、多くの場合は再生できます。 この事実は、細胞が生命単位であるという考えを決定的に裏付けています。 原始的な多細胞生物であるスポンジは、ふるいを通してこすると細胞に分離できます。 しばらくすると、これらの細胞が再結合してスポンジを形成します。 動物の胎児組織は、酵素や細胞間の結合を弱めるその他の手段を使用して解離させることができます。 アメリカの発生学者 R. ハリソン (1879-1959) は、胚細胞および一部の成熟細胞さえも、適切な環境下では体外で成長し増殖できることを初めて示しました。 細胞培養と呼ばれるこの技術は、フランスの生物学者 A. カレル (1873-1959) によって完成されました。 植物細胞も培養で成長させることができますが、動物細胞と比較して大きな塊を形成し、互いにより強固に付着しているため、培養の成長につれて個々の細胞ではなく組織が形成されます。 細胞培養では、ニンジンなどの成体植物全体を単一の細胞から成長させることができます。

顕微手術.

マイクロマニピュレーターを使用すると、細胞の個々の部分を何らかの方法で削除、追加、または変更できます。 大きなアメーバ細胞は、細胞膜、細胞質、核の 3 つの主要な構成要素に分割でき、その後、これらの構成要素が再集合して生きた細胞を形成します。 このようにして、異なる種類のアメーバの成分からなる人工細胞が得られます。 いくつかの細胞成分を人工的に合成することが可能であると考えられることを考慮すると、人工細胞を組み立てる実験は、実験室で新しい生命の形態を生み出すための第一歩となるかもしれません。 すべての生物は単一の細胞から発生するため、人工細胞を作成する方法では、原則として、既存の細胞に見られるものとわずかに異なる成分を同時に使用する場合に、特定の種類の生物を構築することができます。 しかし、実際には、すべての細胞成分を完全に合成する必要はありません。 細胞のすべてではないにしても、ほとんどの構成要素の構造は核酸によって決定されます。 したがって、新しい生物の創造の問題は、新しいタイプの核酸の合成と、特定の細胞における天然の核酸の置き換えに帰着します。

細胞融合.

別のタイプの人工細胞は、同じまたは異なる種の細胞を融合することによって得ることができます。 融合を達成するには、細胞をウイルス酵素にさらします。 この場合、2つの細胞の外表面が接着され、それらの間の膜が破壊され、2組の染色体が1つの核に囲まれた細胞が形成されます。 セルを結合できる 他の種類または分割のさまざまな段階で。 この方法により、マウスとニワトリ、ヒトとマウス、ヒトとヒキガエルのハイブリッド細胞を得ることができた。 このような細胞は最初だけハイブリッドであり、多数の細胞分裂の後、どちらかのタイプの染色体のほとんどを失います。 最終製品例えば、ヒトの遺伝子が存在しないか、微量しか存在しないマウス細胞となります。 特に興味深いのは、正常細胞と悪性細胞の融合です。 ハイブリッドが悪性化する場合もあれば、悪性化しない場合もあります。 どちらの特性も、優性と劣性の両方として現れる可能性があります。 悪性腫瘍はさまざまな要因によって引き起こされ、複雑なメカニズムを持っているため、この結果は予想外ではありません。

細胞構造

人間の体は、他の生物と同様に細胞で構成されています。 それらは私たちの体の中で主要な役割の1つを果たしています。 細胞の助けを借りて、成長、発達、生殖が起こります。

ここで、生物学において一般に細胞と呼ばれるものの定義を思い出してみましょう。

細胞は、ウイルスを除くすべての生物の構造と機能に関与する基本単位です。 それは独自の代謝を持ち、独立して存在するだけでなく、発達し、自己増殖することができます。 つまり、細胞はあらゆる生物にとって最も重要かつ必要な建築材料であると結論付けることができます。

もちろん、檻を肉眼で見ることはできません。 でも助けがあれば 現代のテクノロジー人間には、光学顕微鏡や電子顕微鏡で細胞そのものを観察するだけでなく、その構造を研究し、個々の組織を分離して培養し、さらには細胞の遺伝情報を解読する絶好の機会があります。

次に、この図を使用して、セルの構造を視覚的に調べてみましょう。

細胞構造

しかし興味深いことに、すべての細胞が同じ構造をしているわけではないことが判明しました。 生物の細胞と植物の細胞の間にはいくつかの違いがあります。 結局のところ、植物細胞には色素体、膜、細胞液を含む液胞が含まれています。 この画像では、動物と植物の細胞構造を見て、それらの違いを確認できます。

ビデオを見ることで、植物と動物の細胞の構造についてより詳細な情報を学ぶことができます。

ご覧のとおり、細胞は顕微鏡サイズですが、その構造は非常に複雑です。 したがって、ここでは細胞の構造のより詳細な研究に移ります。

細胞の原形質膜

形を与え、細胞をその種類から分離するために、人間の細胞の周りには膜があります。

膜は物質を部分的に通過させる性質があるため、これにより必要な物質が細胞内に入り、老廃物が細胞内から除去されます。

従来、細胞膜はタンパク質の2つの単分子層と、それらの間に位置する脂質の2分子層からなる超微細な膜であると言えます。

このことから、細胞膜は多くの特定の機能を実行するため、その構造において重要な役割を果たしていると結論付けることができます。 他の細胞間の保護、バリア、接続機能、および環境とのコミュニケーションの役割を果たします。

次に、膜の構造について図を詳しく見てみましょう。

細胞質

細胞の内部環境の次の構成要素は細胞質です。 他の物質が移動したり溶解したりする半液体の物質です。 細胞質はタンパク質と水で構成されています。

細胞内では細胞質の絶え間ない動きがあり、これをサイクシスと呼びます。 環状症は円形または網状の場合があります。

さらに、細胞質は細胞のさまざまな部分を接続します。 細胞の細胞小器官はこの環境にあります。

オルガネラは永久的です 細胞構造特定の機能を備えています。

このような細胞小器官には、細胞質マトリックス、小胞体、リボソーム、ミトコンドリアなどの構造が含まれます。

ここで、これらの細胞小器官を詳しく調べて、それらがどのような機能を果たしているのかを調べてみましょう。

細胞質

細胞質マトリックス

細胞の主要部分の 1 つは細胞質マトリックスです。 そのおかげで、細胞内で生合成プロセスが起こり、その成分にはエネルギーを生成する酵素が含まれています。

細胞質マトリックス

小胞体

内部の細胞質ゾーンは小さなチャネルとさまざまな空洞で構成されています。 これらのチャネルは互いに接続して小胞体を形成します。 このようなネットワークはその構造が不均質であり、粒状の場合もあれば、滑らかな場合もあります。


小胞体

細胞核

ほとんどすべての細胞に存在する最も重要な部分は細胞核です。 このように核を持った細胞を真核生物と呼びます。 各細胞核には DNA が含まれています。 それは遺伝の物質であり、細胞のすべての特性がその中に暗号化されています。

細胞核

染色体

染色体の構造を顕微鏡で見ると、2つの染色分体で構成されていることがわかります。 原則として、核分裂後、染色体は単色分体になります。 しかし、次の分裂が始まるまでに、別の染色分体が染色体上に現れます。

染色体

細胞中心

見直すことで 細胞中心母中心小体と娘中心小体で構成されていることがわかります。 そのような中心小体のそれぞれは円筒形の物体であり、壁は9つの三つ組の管によって形成されており、その中央には均質な物質があります。

このような細胞中心の助けを借りて、動物や下等植物の細胞分裂が起こります。

細胞中心

リボソーム

リボソームは、動物細胞と植物細胞の両方に存在する普遍的な細胞小器官です。 それらの主な機能は、機能中枢でのタンパク質合成です。

リボソーム

ミトコンドリア

ミトコンドリアも微細な細胞小器官ですが、リボソームとは異なり二重膜構造をしており、外膜は滑らかで、内膜にはクリステと呼ばれるさまざまな形の伸長物があります。 ミトコンドリアは呼吸とエネルギーの中枢の役割を果たす

ミトコンドリア

ゴルジ体

しかし、ゴルジ体の助けを借りて、物質は蓄積され、輸送されます。 また、この装置のおかげで、リソソームの形成と脂質と炭水化物の合成が起こります。

構造上、ゴルジ装置は鎌状または棒状の個々の体に似ています。

ゴルジ体

色素体

しかし、色素体は 植物細胞エネルギーステーションの役割を果たします。 彼らはある種から別の種に変化する傾向があります。 色素体は、葉緑体、色素体、白緑体などの種類に分類されます。

色素体

リソソーム

酵素を溶解できる消化液胞はリソソームと呼ばれます。 それらは、丸い形をした微細な単膜細胞小器官です。 その数は、細胞の生命力とその物理的状態に直接依存します。

リソソーム膜が破壊された場合、細胞はそれ自体を消化することができます。

リソソーム

細胞に栄養を与える方法

次に、細胞に栄養を与える方法を見てみましょう。

細胞に栄養を与える方法

ここで、タンパク質と多糖類は食作用によって細胞に浸透する傾向があるが、液体の滴は飲作用によって細胞に浸透する傾向があることに注意する必要があります。

動物細胞に栄養素を取り込む方法は、食作用と呼ばれます。 そして、栄養素がすでに溶解した形で細胞に入る、あらゆる細胞に栄養を与えるこのような普遍的な方法は、飲作用と呼ばれます。

細胞は、レンガでできた建物のような、人体を構成する微細な生命要素です。 それらはたくさんあります - 新生児の体を形成するには約 2 兆個の細胞が必要です。

細胞もあるよ さまざまな種類神経細胞や肝細胞などの種ですが、それぞれに発生と発生に必要な情報が含まれています。 通常動作人体。

人間の細胞の構造

人間の体のすべての細胞の構造はほぼ同じです。 それぞれ 生きた細胞ゼリー状の塊である細胞質を取り囲む保護殻（膜と呼ばれる）で構成されています。 細胞質は、小さな器官や細胞の構成要素である細胞小器官を浮遊させており、細胞の「司令部」または「制御中枢」である核を含んでいます。 細胞の正常な機能に必要な情報と、細胞の働きの基礎となる「指令」が含まれているのは核です。

細胞分裂

人間の体は毎秒新しくなり、何百万もの細胞が死んで生まれ、互いに入れ替わります。 たとえば、古い腸細胞と新しい細胞の入れ替わりは、1 分あたり 100 万個の速度で発生します。 新しい細胞はそれぞれ、既存の細胞が分裂した結果として生じます。このプロセスは 3 つの段階に分けることができます。
1. 細胞は分裂する前に、核に含まれる情報をコピーします。
2. 次に、細胞核が 2 つの部分に分割され、次に細胞質が分割されます。
3. 分裂の結果、母細胞の正確なコピーである 2 つの新しい細胞が得られます。

人体の細胞の種類と様子

人間の細胞は同じ構造にもかかわらず、果たす機能に応じて形や大きさが異なります。 電子顕微鏡を使用した科学者らは、細胞が平行六面体 (表皮細胞など)、球 (血液細胞)、星印、さらにはワイヤー (神経細胞) の形状を持つことができ、合計で約 200 種類あることを発見しました。 。