細胞 · 三次元構造

細胞の全体像

これは四分の一を切り欠いた動物細胞で、直径は約 20 µm です。外側は細胞膜、中央は細胞核、そのあいだが細胞質です。半透明の細胞質基質の中に、さまざまな細胞小器官が浮かんでいます。

クリックすると、任意の構造へカメラが飛び、右側に名称と働きが表示されます。下の一覧から選ぶこともできます。

右下では蛍光顕微鏡モードに切り替えられます。異なる色の蛍光色素で細胞核、ミトコンドリア、小胞体などをそれぞれ標識するのが、研究で生きた細胞を観察する方法です。

細胞小器官の詳細

細胞小器官の内部構造を、一つずつ拡大して観察します。切断表示を開くと、二重膜のあいだの隙間、ミトコンドリアのクリステ、葉緑体のグラナなどが見えます。

膜構造による分類：

二重膜：ミトコンドリア、葉緑体（それに細胞核の核膜）一重膜：小胞体、ゴルジ体、リソソーム、液胞膜なし：リボソーム、中心体

動物細胞と植物細胞

動物細胞も植物細胞も、細胞膜、細胞質、細胞核を持ち、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体、リボソームなどの細胞小器官も共通です。

植物細胞に特有：細胞壁、葉緑体（緑色の部分の細胞）、中央の大きな液胞。

動物細胞に特有：中心体（下等な植物細胞にもある）。リソソームは主に動物細胞に見られます。

「違いを強調」を開くと、それぞれの特有の構造が点滅して示されます。

原核細胞と真核細胞

基準は核膜で区切られた細胞核があるかどうかです。細胞は原核細胞と真核細胞に分かれます。細菌とシアノバクテリア（藍藻）は原核生物、動物・植物・菌類は真核生物です。

原核細胞の DNA は核様体といいますに集中し、核膜も核小体もなく、唯一の細胞小器官はリボソーム。

です。「尺度の比較」に切り替えると、大腸菌は長さ約 2 µm しかなく、動物細胞のそばでは米粒のように見えます。

流動モザイクモデル

分子の尺度（約 1 億倍）まで拡大すると、細胞膜の基本的な骨格はリン脂質二重層です。リン脂質分子の親水性の頭部は膜の両側の水に向かい、疎水性の尾部は内側で向かい合って並びます。

タンパク質タンパク質には、表面に載るもの、一部または全部が埋め込まれたもの、リン脂質二重層を貫くものがあります。

細胞膜の外側の糖はタンパク質と結合して糖タンパク質を作り、脂質と結合して糖脂質を作り、まとめて糖衣と呼び、細胞の認識や情報伝達と密接に関わります。

注目してください。リン脂質分子は絶えず横方向に動き、ほとんどのタンパク質も動けるので、膜には流動性。

物質の細胞への出入り

受動輸送：濃度勾配に沿い、エネルギーを消費しません。· 自由拡散：O₂、CO₂、グリセリン、エタノールなどは、リン脂質二重層を直接通ります。· 促進拡散：次の助けにより、チャネルタンパク質（水、K⁺）または輸送体タンパク質（赤血球へ入るグルコース）の助けを借ります。

能動輸送：濃度勾配に逆らい、輸送体タンパク質を必要とし、ATP を消費します。ナトリウム・カリウムポンプなどです。

エンドサイトーシスとエキソサイトーシス：高分子や粒子は、膜の流動性によって細胞に出入りし、エネルギーを消費します。

下のグラフは、各方式の輸送速度と、濃度差および O₂ 濃度との関係を示します。

分泌タンパク質の合成と輸送

科学者は ³H で標識したロイシンをモルモットの膵臓腺房細胞に注射し、放射能が順に現れる位置を追跡しました（同位体標識法）。

リボソームの上でペプチド鎖が合成される → 粗面小胞体へ入って折りたたみ加工 → 小胞体が出芽して小胞を作る → ゴルジ体と融合し、さらに修飾・加工 → ゴルジ体が出芽して小胞を作る → 細胞膜と融合し、エキソサイトーシスによって細胞外へ分泌されます。

全過程に必要なエネルギーは、主にミトコンドリアが供給します。

グラフは各構造の放射能の変化と、小胞体膜、ゴルジ体膜、細胞膜の面積の変化を記録します。小胞体膜は減り、ゴルジ体膜はいったん増えてから減り（ほぼ不変）、細胞膜は増えます。

細胞骨格と原形質流動

細胞骨格は三種類のタンパク質繊維からなります。微小管（最も太く約 25 nm、中心体から放射状に出る）、マイクロフィラメント（最も細く約 7 nm、すなわちアクチンフィラメントで、細胞膜の下に密な網を作る）、中間径フィラメント（約 10 nm、ロープのように靭性を高めます）。

モータータンパク質は細胞骨格の上を「歩いて」荷物を運びます。キネシンは微小管に沿ってプラス端（細胞の周辺）へ向かい、ダイニンはマイナス端（中心体）へ向かいます。一歩ごとに ATP を一つ加水分解します。

植物細胞では、ミオシンがマイクロフィラメントに沿って細胞質の流れを引き、葉緑体も中央の液胞のまわりを環流します。これが観察する細胞質流動の実験で見える現象です。