細胞 (生物学)について詳しく解説

導入

培養上皮細胞。 DNAは緑色、ケラチンフィラメントは赤色です。

細胞膜の小さな部分。この現代の細胞膜は、元の単純な 2 層のリン脂質 (2 つの尾を持つ小さな球) よりもはるかに洗練されています。タンパク質と炭水化物は、膜を通過する物質の通過を調節し、環境に応答する際にいくつかの機能を持っています。

細胞（ラテン語のセルラ小室に由来）は、生物（ウイルスを除く）の全体または一部を構成する構造的、機能的、生殖単位です。各細胞は生命体であり、多細胞生物の場合、自律的に機能しますが、他の細胞と協調して機能します。同じ種類の細胞は結合して組織になり、組織自体も結合して器官になります。

細胞理論は、すべての生物の統一性を暗示しています。すべての生物は、基本構造が共通であるとともに、内部環境の恒常性、つまり、考えられている種の細胞の発達に役立つ調節された物理化学的組成の環境である細胞で構成されています。 。

コンセプトの歴史

1665年にロバート・フックが樹皮の一部で観察した「細胞」の図。

• 1665年: ロバート・フックはコルクの中に死んだ細胞を発見しました。これらの細胞は彼に修道院の細胞を思い出させ、そのためその名前が付けられました。次に、彼は最初の顕微鏡を使用して、生きた植物の細胞を観察しました。
• 1839年: テオドール・シュワンは、植物と動物がすべて細胞でできていることを発見し、細胞が構造と発生の共通単位であると結論付け、細胞理論を確立しました。彼はシュワン細胞に自分の名前を付けました。
• 生命体が自然発生的に発生する可能性があるという考え (自然発生) は、ルイ パスツール(1822–1895) によって反駁されています。
• 1858年：ルドルフ・ヴィルヒョウは、細胞は細胞分裂の結果生じると主張し（「オムニス・セルラ・エクス・セルラ」）、細胞用語では鶏が先か卵が先かという疑問が生じた。創造論やその最新の化身であるインテリジェントなデザインの支持者が攻撃しているのはまさにこの部分である。

細胞理論

1. 細胞は生物の構成単位です。機能単位でもあります。
2. 生物は、さまざまな機能を確保するために、組織内で分離またはグループ化された細胞の活動に依存しています。
3. 細胞の生化学的活動は、細胞内に存在する特定の構造によって調整され、決定されます。
4. 細胞の増殖により、生物の維持と増殖が可能になります。
5. この理論は 1838 年にシュライデンとシュワンによって定式化されました。細胞は生命の単位です (生きているものはすべて細胞です)。この理論は、これらの同じ細胞内に細胞小器官が存在することも示唆しています。

主要な細胞構造

細胞には、核があるかどうかに応じて 2 つの基本的なタイプがあります。

• DNA が細胞質内に自由に存在する原核生物 (細菌など)。それらには真正細菌と古細菌が含まれます。
• 複雑な組織、多数の細胞小器官を持ち、核が核膜で囲まれた真核生物。

真正細菌

• 原核生物の細胞質(細胞の内容物) は、リボソーム (タンパク質合成を担う高分子複合体) により、拡散して粒状になっています。
• 原形質膜は細胞の内部をその環境から隔離し、フィルターおよび通信ゲートウェイとして機能します。
• 多くの場合、細胞壁があります。これは真正細菌のペプチドグリカンから形成され、外力に対する追加の障壁の役割を果たします。また、低張環境における浸透圧下での細胞の破裂も防ぎます。
• 原核生物の DNA は、スーパーコイル状の環状分子で構成されています。真の核がないにもかかわらず、DNA は核様体に凝縮されます。

原核生物は、プラスミドと呼ばれる環状分子に組織化された染色体外 DNA を所有している場合があります。それらは抗生物質耐性などの追加の機能を持っている可能性があります。一部の原核生物には鞭毛があり、受動的に漂うのではなく、能動的に移動することができます。

古細菌の特異性

古細菌（アーキア）は、地球上に存在した最も初期の生物の一部に似ていると考えられています。それらは特に、間欠泉、熱水山脈、深海などの極限環境（極限環境微生物と呼ばれることが多い）で見られます。極度の圧力や温度に耐えることができ、メタンや硫黄に基づいた代謝を行うものもあります。

真核細胞

典型的な真核動物細胞の組織。

1. 核小体
2.コア
3.リボソーム
4.小胞
5. 粗い（粒状）小胞体
6. ゴルジ体
7. 微小管
8. 滑らかな小胞体
9.ミトコンドリア
10.リソソーム
11. 細胞質（サイトゾルで満たされている）
12.ペルオキシソーム
13.中心体

• 細胞質は、リボソームの大部分が小胞体に付着しているため、原核生物ほど粒状ではありません。
• 細胞膜は、機能的には原核生物の膜に似ていますが、その構成にはいくつかの小さな違いがあります。
• セルロース壁は、存在する場合（植物）、主にセルロースである多糖類で構成されています。
• 真核生物の DNA は 1 つ以上の線状分子に組織化されています。これらの分子は、細胞分裂中にヒストンの周りを包み込むことによって凝縮します。すべての DNA 染色体は核内に保管され、膜によって細胞質から分離されています。真核生物にはプラスミドがありません。DNA を含むことができる細胞小器官はほんのわずかです。
• 一部の真核細胞は、繊毛または鞭毛（精子など）を使用して運動することができます。彼らの鞭毛は原核生物よりも進化しています。

真核生物にはいくつかの細胞小器官が含まれています。これらは、硝子質に浸された細胞区画です。それらは細胞膜（単一、二重、または三重）によって区切られており、特定の機能を持っています。

• 小胞体 (ER) は核の膜の延長部分です。顕微鏡での外観に基づいて、滑らかな RE (REL) と粗い RE (RER) (粒状 RE REG とも呼ばれる) に分類されます。粗い小胞体の表面は、新たに合成されたタンパク質を小胞体に挿入するリボソームで覆われています。タンパク質は小胞体を使って小胞体からゴルジ体に輸送されます。
• ゴルジ体はタンパク質の最終処理の場所です。グリコシル化（複雑な炭水化物鎖の付加）はこのレベルで起こります。
• ミトコンドリアは細胞の代謝において重要な役割を果たします。それらには独自のゲノム(ミトコンドリア DNA) が含まれています。ここで細胞呼吸とエネルギー、ATP (アデノシン三リン酸) の生成が行われます。このエネルギーは代謝反応に不可欠です。
• 細胞骨格により、細胞はその形状 (テンセグリティ) を維持し、移動することができます。また、細胞分裂中や細胞内輸送システムにおいても重要です。
• 色素体は植物や藻類に存在します。最もよく知られているのは、光合成生物の細胞内にある葉緑体で、太陽からの光エネルギーを、二酸化炭素から糖を作るために使用される化学エネルギーに変換します（光合成の暗期）。彼らは独自のゲノムも持っています。それらはシアノバクテリアの内部共生の結果です。
• 植物、藻類、菌類では、細胞は生物の骨格となるペクトセルロース細胞壁に囲まれています。スベリンやリグニンなどの化合物の堆積により、壁の物理化学的特性が変化し、壁がより強くなったり、より不浸透性になったりします。

一部の単細胞真核生物は多細胞構造を形成できます。これらのコロニーは、主要なコロニー (真菌など) から分離されても生き続けることができる同一の細胞のグループ、または相互依存する特殊な細胞のグループのいずれかで構成されます。