細胞と多様性の 生物学 第２回　細胞の構造、細胞小器官など 和田　勝 東京医科歯科大学教養部

評価 ●定期試験期間内におこなう試験に よっておこなう。 ●講義時間内に小テストを行うことが ある。 ●定期試験期間内におこなう試験に　よっておこなう。 ●講義時間内に小テストを行うことが　ある。 ●課題を提出させ、評価に加味する　ことがある。

Webの利用 ●http://www.tmd.ac.jp/artsci/biol/sumcell.htm 　学生が自習できるように､科目のホームページを設けてある。このページにアクセスして､自習をしてほしい。章ごとにpdfファイルとしてダウンロードしてカラーインクジェットプリンターで印刷すれば､副読本となるように工夫されている。 ●http://www.tmd.ac.jp/artsci/biol/sumcell.htm

なぜ生物学を学ぶか Biology, the study of life, is rooted in the human spirit. People keep pets, nurture houseplants, invite avian visitors with backyard birdhouse, and visit zoos and nature parks. This behavior express what Harvard biologist E. O. Wilson calls biophilia, an innate attraction to life in its diverse forms.

Biology is the scientific extension of this human tendency to feel connected to and curious about all forms of life. It takes us into the Nature, where a variety of living forms and their physical surroundings are interwoven into complex webs called ecosystems. Studying life leads us into laboratories to examine more closely how organisms work.

Biology draws us into the microscopic world of the fundamental units of organisms known as cell, and into the submicroscopic realms of the molecules that make up those cells. Our intellectual journey also takes us back in time, for biology encompasses not only contemporary life, but also a history of ancestral forms. The scope of biology is immense. From Campbell, Biology 4th ed. Chapter 1

なぜ生物学を学ぶか ヒトも生物の一員 この地球上によりよく暮らしていくた めに、一つの視点として生物学が 必要 生物学は医学・歯学の基礎 　この地球上によりよく暮らしていくた　めに、一つの視点として生物学が 　必要 生物学は医学・歯学の基礎 　生物学の知識の上に、医学・歯学　　が成り立っている

「生物」の特徴 ●階層構造をしていて、各階層で 組織化されている ●構造と機能が、いずれの階層でも 表裏一体となっている 　　組織化されている ●構造と機能が、いずれの階層でも　　表裏一体となっている ●開放系である（外界と物質とエネル　　ギーを交換する） ●生命の連続性→個体発生と系統 　　発生（進化）

階層性 個体 (organism) 器官系 (organ system) 器官 (organ) 組織 (tissue) 細胞 (cell)

階層性 外皮系 骨格系 消化器官系

骨格系をたどれば

器官系 ●外皮系 (Integmentary system) ●骨格系 (Skeltal system) ●筋系 (Muscular system) ●消化器官系 (Digestive system) ●循環器官系 (Circulatory system) ●呼吸器官系 (Respiratory system) ●泌尿器官系 (Urinary system) ●神経系 (Nervous system) ●内分泌系 (Endocrine system) ●生殖器官系 (Reproductive system)

器官 たとえば、消化器官系は、 食道 (esophagus)、胃 (stomach)、小腸 (small intestine)、 　大腸 (large intestine)、肝臓 (liver)、膵臓 (pancreas)、 　胆嚢 (gallbladder) などの器官から構成されている 　小腸はさらに、十二指腸 (duodenum)、空腸 (jejunum)、 回腸 (ileum)よりなり、大腸は、虫垂突起 (vermiform appendix)、盲腸 (cecum)、結腸 (colon)、直腸 (rectum) よりなる 　泌尿器官系は、腎臓 (kidney)、輸尿管 (ureter)、膀胱 (bladder)、尿道 (urethra) から構成

組織 器官は、次の４つの基本的な組織から構成されている それぞれの組織は、形態と機能からさらに細かく分類できる 　器官は、次の４つの基本的な組織から構成されている ●上皮組織 (epithelial tissue) ●結合組織 (connective tissue) ●筋組織 (muscle tissue) ●神経組織 (nervous tissue) 　それぞれの組織は、形態と機能からさらに細かく分類できる

上皮組織 上皮組織は、体内外の表面を覆う細胞の層。 上皮組織の特徴は、細胞間隙が小さくて細胞間質がほとんどなく、隣同士の接着が密である。基底層を介して結合組織と接している。

上皮組織 上皮組織は、構成細胞の形態から次のような名前で呼ばれる。 　　　●単層扁平上皮 (simple squamous ep.) 　　 ●単層立方上皮 (simple cuboidal ep.) 　　 ●単層円柱上皮 (simple columner ep.) 　　 ●重層扁平上皮 (stratified squamous ep.) 　　 ●多列上皮 (pseudostratified ep.) また、機能によって、吸収上皮、分泌上皮などと呼ぶこともある。さらに器官の場所を加えることもある。

結合組織 結合組織の特徴は、細胞間隙が大きく、そこを各種の細胞外マトリックスが埋めている。 コラーゲン繊維の細胞外マトリックス

結合組織 結合組織は、細胞外マトリックスの種類によって次のように分けられる。 　　　●疎性結合組織 (loose con.) 　　 ●密繊維性結合組織 (dense con.) 　　 ●弾性結合組織 (elastic con.) 　　 ●細網結合組織 (reticular con.) 　　 ●脂肪組織 (adipose con.) 　　 ●軟骨組織 (cartilage con.) 　　 ●骨組織 (bone con.) 　　 ●血液 (blood)

筋組織 筋組織は、筋を構成する筋細胞（筋繊維）の形態と働きによって次のように分ける。 　　 ●骨格筋 (skeltal muscle)　（横紋筋） 　　●心筋 (cardiac muscle) 　　●平滑筋 (smooth muscle)

神経組織 （４）神経組織は、 ●ニューロン (neuron) ●グリア細胞 (glia cell) 　ニューロン（神経細胞）は神経情報の伝導と伝達、グリア細胞（神経膠細胞）は ニューロンの支持。

組織 それぞれの組織は、組織に特有な形態と機能を有する細胞から構成されている。 　それぞれの組織は、組織に特有な形態と機能を有する細胞から構成されている。 　組織の中で適切に働くように細胞は分化している（differentiation）。 　分化は共通した構造と機能の上に付け加わったものである。

サイズの感覚

顕微鏡の種類 光学顕微鏡 透過型電子顕微鏡 走査型電子顕微鏡

顕微鏡の原理 光線を 使う 電子線を 使う

顕微鏡の原理 電子線を 使う

光学顕微鏡像

小腸の模式図

小腸微絨毛の断面 の透過型電顕像 (x10,000) 撮影：川原昌彦・富山医科薬科大学実験実習機器センター

ツツガムシの成虫の走査型電顕像 (x86) 撮影：安達一男・新潟大学医学部第三解剖電顕室

ラット小腸の血管鋳型の走査型電顕像 撮影：梅沢敦子・北里大学医学部電顕センター

すべての生物は細胞から 　最初に細胞（cell）という言葉を使ったのはロバート・フックで、1665年に今日の顕微鏡のもととなる装置をつくり、コルクの薄片を観察し、小さな空所が無数にあることを見つけ、この名を与えた。

すべての生物は細胞から 　その後、シュライデン（Schleiden, Matthias、1838）とシュバン（Schwann, Theodor、1839）によって、植物も動物も同じ基本単位である細胞からできていることが明確に打ち出され（細胞説）、細胞が生物の基本的な単位という認識が完成した 　その後、ウイルヒョウ（Virchow, Rudolph、1855）によって、「すべての細胞は細胞から」という考えが明確になり、やがて生物の自然発生説は終焉した。

細胞のもつ共通項 をもっている(ＤＮＡ) 素としてはたらく ●つくりやはたらきを指示する設計図(遺伝情報) 　　をもっている(ＤＮＡ) ●遺伝情報ＤＮＡは、複製されて次の代に伝えら　　　れる ●タンパク質が構造として重要であるとともに、酵 　　素としてはたらく ●ＲＮＡが、遺伝情報とタンパク質合成の仲立ちと　　なる ●エネルギーを得るために栄養素を取り込み、最　　終的に取り扱いやすいかたち(ＡＴＰ)に変える　 ●細胞の周囲は、特殊な膜(細胞膜)で包まれる

細胞のもつ共通項 設計図(遺伝情報、ＤＮＡ) 遺伝情報とタンパク質の仲立ちとなるＲＮＡ タンパク質が構造と機能を実現 細胞のすべての活動にはエネルギーが必要で、ＡＴＰをそのために使っている　

細胞の大きさ 細胞の大体の多きさは、すでにお話したように？ およそ20μm もちろん光学顕微鏡を使わなければ見えない。 　細胞の大体の多きさは、すでにお話したように？ 　およそ20μm 　もちろん光学顕微鏡を使わなければ見えない。 　染色をして、コントラストをつけて観察する。

膵臓（pancreas）の光顕像 この部分を

膵島の光顕像のスケッチ この細胞を電顕で

膵臓外分泌細胞の電顕像 ●染色質 ●ゴルジ体 ●核小体 ●小胞体 ●ミトコンドリア ●核 ●小胞体 ●分泌顆粒

膵臓外分泌細胞の電顕像

動物細胞の模式図

動物細胞の各パーツ 　このように、電子顕微鏡で見ると細胞内には構造物が見え、膜系が発達している。これらを細胞小器官（organella）と呼ぶ。 　細胞の各パーツがどのような構造で、どのような働きを担っているか見てゆこう。

核（nucleus） ●核膜 ●核小体 ●染色質

細胞分裂と染色体 ●間期 ●後期 ●前期 ●終期 ●中期

ヒトの染色体 22対の常染色体と２本の性染色体

染色体-染色質-DNA ●ヌクレオソーム ●染色体 ●凝縮した染色質 ●DNA 遺伝情報 ●染色質

小胞体 　小胞体（endoplasmic reticulum、ER）は、よく発達した膜系。

リボソーム 　リボソームは、遺伝情報の写しを元に、タンパク質を合成する工場。

小胞体には２種ある リボソームが結合した小胞体を、粗面小胞体（rough ER）という。 　粗面小胞体では、細胞外へ分泌されるタンパク質と膜タンパク質が合成される（シグナルペプチド）。 　リボソームが結合していない小胞体を、滑面小胞体（smooth ER）という。

ゴルジ装置 　ゴルジ装置（Golgi apparatus）は、分泌タンパク質の荷送り工場。

ミトコンドリア 　ミトコンドリア（mitochondria）は、エネルギー生産工場。

ミトコンドリア 内膜 膜間腔 基質 外膜 クリステ クリステ

ミトコンドリア ミトコンドリアは、固有のDNAを持っている→過去に寄生した？。 分裂により増殖する。 　分裂により増殖する。 　ここでは触れないが、葉緑体も同じである。

サイトゾール 　細胞小器官が浮かんでいる液体部分をサイトゾール（cytosol、細部質基質とも）という。

細胞骨格 　細胞の動きや細胞小器官の移動などに関係するタンパク質で、３種類ある（微小繊維、微小管、中間径フィラメント）。

細胞骨格 微小繊維 （actin filament） 微小管 （microtubule）

細胞膜 脂質の二重膜（lipid bilayer）である。

真核細胞の模式図

原核細胞の模式図 これまで話してきたのは、真核生物（eukaryote）の細胞について。 　原核生物（prokaryote）では、細胞小器官はリボソームを除いて発達せず、DNAもむき出し。

さあ次回から 真核生物の細胞の模式図をよく覚えて欲しい。 　真核生物の細胞の模式図をよく覚えて欲しい。 　次回からは、それぞれの細胞小器官の働きを中心にして、細胞についてさらに学んでいこう。