細胞の構造と機能

セルは、「生命」と呼ばれる魔法の見通しに関連するすべての性質を備えた、最小の、または少なくとも最も還元不可能なオブジェクトを表します。 代謝 （外部ソースからエネルギーを抽出して内部プロセスに電力を供給する）および 再生. この点で、それらは生物学では原子が化学で行うのと同じニッチを占めます。それらは確かに小さな断片に分解できますが、単独では、それらの断片は実際には多くを行うことはできません。 いずれにせよ、人体には確かにそれらがたくさん含まれています– 30兆をはるかに超えています（つまり30 百万 百万）。

自然科学と工学の両方の世界で共通のリフレインは「フォームフィット機能」です。 この 本質的には、何かが行うべき特定の仕事を持っている場合、それはおそらくそれが行うことができるように見えることを意味します その仕事; 逆に、特定の1つまたは複数のタスクを実行するために何かが作成されているように見える場合は、これがまさにそのことを実行している可能性があります。

細胞の組織とそれらが実行するプロセスは密接に関連しており、切り離せないものでさえあり、 細胞の構造と機能の基本は、それ自体がやりがいがあり、生活の本質を完全に理解するために必要です。 物事。

物質の概念-生きているものと生きていないものの両方-は、膨大な数の離散した類似のユニットで構成されており、その時から存在していました 紀元前5世紀から4世紀にかけての生涯を送ったギリシャの学者であるデモクリトスの しかし、細胞は小さすぎて、 肉眼では、最初の顕微鏡が発明されてから17世紀になって初めて、誰もが実際に視覚化できるようになりました。 それら。

ロバートフックは、1665年に生物学的文脈で「細胞」という用語を作り出したと一般に信じられていますが、この分野での彼の仕事はコルクに焦点を当てていました。 約20年後、アントンファンレーウェンフックはバクテリアを発見しました。 しかし、細胞の特定の部分とその機能が明らかにされ、完全に説明されるまでには、さらに数世紀かかるでしょう。 1855年、比較的あいまいな科学者ルドルフヴィルヒョウは、生きている細胞は 染色体複製の最初の観察はまだ数十年先でしたが、他の生細胞。

細菌と古細菌の分類学的領域にまたがる原核生物は、地球自体の年齢の約4分の3である約35億年前から存在しています。 (分類法 生物の分類を扱う科学です。 ドメイン は階層内の最上位のカテゴリです。）原核生物は通常、単一の細胞のみで構成されます。

3番目のドメインである真核生物には、動物、植物、菌類が含まれます。つまり、実験器具なしで実際に見ることができる生きているものすべてです。 これらの生物の細胞は、次の結果として原核生物から生じたと考えられています。 内共生 （「内部で一緒に暮らす」からのギリシャ語から）。 30億年近く前、細胞は好気性（酸素を使用する）細菌を飲み込み、両方の生命体の目的を果たしました。 「飲み込まれた」細菌は、支持環境を提供しながら、宿主細胞にエネルギー生産の手段を提供したからです。 のために 内生生物.
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細胞は、特に真核生物の領域内で、サイズ、形状、およびその内容物の分布が大きく異なります。 これらの生物は、原核生物よりもはるかに大きく、はるかに多様であり、「形態」の精神に基づいています。 前述の「適合関数」では、これらの違いは個々のセルのレベルでも明らかです。

細胞図を参照してください。細胞がどの生物に属していても、特定の機能を確認できます。 これらには、 原形質膜、セルラーコンテンツを囲みます。 インクルード 細胞質、これは細胞の内部の大部分を形成するゼリー状の培地です。 デオキシリボ核酸（DNA）、生殖中に細胞が2つに分裂するときに形成される娘細胞に細胞が渡す遺伝物質。 リボソームは、タンパク質合成の部位である構造です。

原核生物はまた、植物と同様に、細胞膜の外側に細胞壁を持っています。 真核生物では、DNAは核に囲まれています。核は細胞自体を取り巻くものと非常によく似た独自の原形質膜を持っています。

細胞の原形質膜は、 リン脂質二重層、その構成は、その構成部品の電気化学的特性に基づいています。 2つの層のそれぞれのリン脂質分子には次のものが含まれます。 親水性 電荷のために水に引き寄せられる「頭」、そして 疎水性 帯電していないため、水から離れる傾向がある「尾」。 各層の疎水性部分は、二重膜の内部で互いに向き合っています。 外層の親水性側は細胞の外側に面し、内層の親水性側は細胞質に面しています。

重要なのは、原形質膜は 半透性つまり、ナイトクラブの用心棒のように、特定の分子への侵入を許可し、他の分子への侵入を拒否します。 ブドウ糖（すべての細胞の究極の燃料源となる糖）や二酸化炭素などの小分子 細胞の内外を自由に動き、膜に垂直に整列したリン脂質分子をかわすことができます。 全体。 他の物質は、すべての細胞のエネルギー「通貨」として機能するヌクレオチドであるアデノシン三リン酸（ATP）を動力源とする「ポンプ」によって、膜を横切って活発に輸送されます。
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核は真核細胞の脳として機能します。 核の周りの原形質膜は核膜と呼ばれます。 核の中には 染色体、DNAの「チャンク」です。 染色体の数は種によって異なります（人間には23の異なる種類がありますが、全部で46種類あり、それぞれが母親からのもので、もう1つは父親からのものです）。

真核細胞が分裂すると、すべての染色体が複製された後、核内のDNAが最初に分裂します。 このプロセスは、 有糸分裂、詳細は後で説明します。

リボソームは、真核細胞と原核細胞の両方の細胞質に見られます。 真核生物では、それらは特定のものに沿ってクラスター化されています オルガネラ （肝臓や腎臓などの臓器が体内で大規模に行うように、特定の機能を持つ膜結合構造）。 リボソームは、DNAの「コード」に含まれ、メッセンジャーリボ核酸（mRNA）によってリボソームに伝達される指示を使用してタンパク質を作成します。

DNAをテンプレートとして核内でmRNAが合成された後、mRNAは核を離れ、リボソームに付着します。リボソームは20種類のタンパク質の中からタンパク質を組み立てます。 アミノ酸. mRNAを作るプロセスは呼ばれます 転写、タンパク質合成自体はとして知られていますが 翻訳.

真核細胞の組成と機能についての議論は、ミトコンドリアの徹底的な治療なしには完全ではなく、関連性さえありません。 少なくとも2つの点で注目に値するこれらのオルガネラ：科学者がの進化の起源について多くを学ぶのを助けました 細胞は一般的に、そしてそれらは細胞の発達を可能にすることによって真核生物の生命の多様性にほとんど単独で責任があります 呼吸。

すべてのセルは、燃料として6炭素の糖グルコースを使用します。 原核生物と真核生物の両方で、グルコースはまとめて呼ばれる一連の化学反応を起こします 解糖、セルのニーズに合わせて少量のATPを生成します。 ほとんどすべての原核生物では、これが代謝ラインの終わりです。 しかし、酸素を使用できる真核生物では、解糖の生成物がミトコンドリアに入り、さらに反応します。

これらの最初のものは クレブス回路、少量のATPを生成しますが、ほとんどの場合、細胞呼吸のグランドフィナーレのために中間分子を備蓄するように機能します。 電子伝達系. クレブス回路は マトリックス ミトコンドリア（細胞小器官の私的細胞質のバージョン）の、一方、電子伝達系、 真核生物で圧倒的多数のATPを生成し、ミトコンドリア内膜で発生します 膜。

真核細胞は、これらの複雑な細胞の広範な相互に関連する代謝の必要性を強調する多くの特殊な要素を誇っています。 これらには以下が含まれます：

• 小胞体： このオルガネラは、核膜と連続している原形質膜からなる細管のネットワークです。 その仕事は、新しく製造されたタンパク質を修飾して、酵素や構造要素などの下流の細胞機能のためにそれらを準備し、細胞の特定のニーズに合わせてそれらを調整することです。 また、炭水化物、脂質（脂肪）、ホルモンも製造しています。 小胞体は、顕微鏡検査では滑らかまたは粗く見え、それぞれSERおよびRERと略されます。 RERは、リボソームが「ちりばめられている」ため、そのように指定されています。 これは、タンパク質の修飾が発生する場所です。 一方、SERは、前述の物質が組み立てられる場所です。
• ゴルジ体： ゴルジ装置とも呼ばれます。 それは膜結合嚢の平らなスタックのように見え、脂質とタンパク質をにパッケージ化します 小胞 その後、小胞体から離れます。 小胞は脂質とタンパク質を細胞の他の部分に送達します。
  
• リソソーム： すべての代謝プロセスは老廃物を生成し、細胞はそれを取り除く手段を備えていなければなりません。 この機能は、タンパク質、脂肪、および使い古された細胞小器官自体を含む他の物質を分解する消化酵素を含むリソソームによって処理されます。
• 液胞と小胞： これらの細胞小器官は、さまざまな細胞成分を往復し、細胞内のある場所から次の場所に移動する細胞小器官です。 主な違いは、小胞は細胞の他の膜成分と融合できるのに対し、液胞は融合できないことです。 植物細胞では、一部の液胞には、リソソームとは異なり、大きな分子を分解できる消化酵素が含まれています。
• 細胞骨格： この材料は、微小管、つまり核から細胞質を通って原形質膜まで伸びることによって構造的支持を提供するタンパク質複合体で構成されています。 この点で、それらは建物の梁や桁のようなものであり、動的セル全体がそれ自体に崩壊するのを防ぐように機能します。

細菌細胞が分裂するとき、プロセスは簡単です：細胞はその要素を含むそのすべての要素をコピーします DNAは、サイズが約2倍になり、バイナリ分裂と呼ばれるプロセスで2つに分裂します。

真核細胞の分裂はもっと複雑です。 まず、核膜が溶解する間に核内のDNAが複製され、次に複製された染色体が娘核に分離します。 これは有糸分裂として知られており、前期、中期、後期、終期の4つの異なる段階で構成されています。 多くの情報源は、前期の直後に前中期と呼ばれる第5段階を挿入します。 その後、核が分裂し、2つの同一の染色体セットの周りに新しい核膜が形成されます。

最後に、細胞は全体として次のように知られているプロセスで分裂します 細胞質分裂. 遺伝性の奇形（突然変異）または有害な化学物質の存在のおかげで特定の欠陥がDNAに存在する場合、細胞分裂はチェックされずに進行する可能性があります。 これは癌の基礎であり、治療法は大幅に改善された生活の質を可能にするために改善され続けていますが、治療法が残っていない病気のグループです。