ケージ
最後に見直したもの: 04.07.2025
現代の概念によれば、それぞれの細胞は生命の普遍的な構造的・機能的単位です。すべての生物の細胞は同様の構造を持ち、細胞は分裂によってのみ再生します。
細胞(セルラ)は、生命の基本単位です。認識、代謝とエネルギー、生殖、成長と再生、そして体内外の環境変化への適応といった機能を担います。細胞は、その形状、構造、化学組成、そして機能において多様です。人体には、扁平細胞、球状細胞、卵形細胞、立方体細胞、角柱状細胞、錐体細胞、星状細胞など、様々な形があります。細胞の大きさは、数マイクロメートル(小型リンパ球)から200マイクロメートル(卵細胞)まで様々です。
各細胞の内容物は、細胞膜(原形質膜)によって周囲の環境や隣接する細胞から隔離されており、細胞と細胞外環境との関係を確保しています。細胞膜内に存在する細胞構成要素は、核と細胞質であり、細胞質は硝子質と、その中に存在する細胞小器官や封入体で構成されています。
細胞膜
細胞膜(またはプラズマ膜)は、厚さ9~10 nmの細胞膜です。細胞分裂と保護機能を持ち、受容体(受容機能)の存在により環境の影響を感知します。細胞膜は交換と輸送機能を持ち、細胞を取り囲む環境から様々な分子(粒子)を細胞内へ、あるいはその逆方向へ輸送します。細胞内への輸送過程はエンドサイトーシスと呼ばれます。エンドサイトーシスは、貪食と飲作用に分けられます。貪食では、細胞は大きな粒子(死細胞や微生物の粒子)を捕獲して吸収します。飲作用では、細胞膜は突起を形成し、それが小胞へと変化します。小胞は組織液に溶解または懸濁した小さな粒子を含みます。飲作用小胞は、その中に含まれる粒子を細胞内に混合します。
細胞膜は、細胞からの物質の排出、すなわちエキソサイトーシスにも関与しています。エキソサイトーシスは小胞(液胞)の助けを借りて行われ、細胞から排出された物質はまず細胞膜へと移動します。小胞の膜は細胞膜と融合し、その内容物は細胞外環境へと放出されます。
受容体機能は、化学物質や物理的因子を認識する能力を持つ糖脂質と糖タンパク質の助けを借りて、細胞膜表面で実行されます。細胞受容体は、ホルモンやメディエーターなどの生物学的に活性な物質を区別することができます。細胞膜の受容は、細胞間相互作用における最も重要なリンクです。
半透性の生体膜である細胞膜には、外層、中間層、内層という3つの層があります。細胞膜の外層と内層はそれぞれ約2.5nmの厚さで、電子密度の高い脂質二重層を形成しています。これらの層の間には、脂質分子の電子光疎水性領域があり、その厚さは約3nmです。脂質二重層の各単層には、異なる脂質があります。外側にはシトクロム、糖脂質があり、その炭水化物鎖は外向きです。細胞質に面した内側の単層には、コレステロール分子、ATP合成酵素があります。タンパク質分子は細胞膜の厚さの中にあります。そのうちのいくつか(膜貫通型)は、細胞膜の厚さ全体を貫通しています。その他のタンパク質(周縁型、外部型)は、膜の内側または外側の単層にあります。膜タンパク質はさまざまな機能を果たします。受容体、酵素、そして輸送機能を果たすためさまざまな物質の運搬体となるものもあります。
細胞膜の外表面は、薄い線維状の層(7.5~200 nm)であるグリコカリックスで覆われています。グリコカリックスは、糖脂質、糖タンパク質、その他の炭水化物化合物の側鎖によって形成されます。多糖類の形態の炭水化物は、細胞膜の脂質とタンパク質によって分岐鎖を形成します。
一部の細胞の表面にある細胞膜は、微絨毛、繊毛、細胞間結合などの特殊な構造を形成します。
微絨毛は長さ1~2µm、直径0.1µmまでの大きさで、細胞膜に覆われた指状の突起です。微絨毛の中心には、平行に伸びたアクチンフィラメントの束があり、これらは微絨毛の上部と側面の細胞膜に付着しています。微絨毛は細胞の自由表面を広げます。白血球や結合組織細胞では微絨毛は短く、腸管上皮では長く、非常に多く存在するため、いわゆる刷子縁を形成します。微絨毛はアクチンフィラメントのおかげで可動性があります。
繊毛と鞭毛も可動性があり、その動きは振り子状、波状です。呼吸器、精管、卵管の繊毛上皮の自由表面は、長さ5~15μm、直径0.15~0.25μmの繊毛で覆われています。各繊毛の中心には、軸糸(軸糸)があり、軸糸は互いに連結した9本の周縁二重微小管によって形成され、軸糸を取り囲んでいます。微小管の始端(近位)部分は、細胞の細胞質内に位置し、同じく微小管からなる基底小体として終わっています。鞭毛は繊毛と構造が似ており、微小管が互いに滑ることで協調的な振動運動を行います。
細胞膜は細胞間のつながりの形成に関与しています。
細胞間接合は細胞同士の接触点に形成され、細胞間相互作用を担います。このような接合(接触)は、単純接合、歯状接合、密接合に分類されます。単純接合は、隣接する細胞の細胞膜が15~20 nmの距離で収束する接合です。歯状接合では、ある細胞の細胞膜の突起(歯)が別の細胞の歯の間に入り込みます(くさび状)。細胞膜の突起が長く、別の細胞の同じ突起の間に深く入り込む場合、そのような接合は指状接合(噛み合い接合)と呼ばれます。
特殊な高密度細胞間接合では、隣接する細胞の細胞膜が非常に接近しているため、互いに融合します。これにより、分子を透過しないいわゆる遮断領域が形成されます。細胞膜の高密度接合が限られた領域で発生すると、接着斑(デスモソーム)が形成されます。デスモソームは、直径最大1.5μmの高電子密度領域であり、細胞同士を機械的に接合する役割を果たします。このような接合は、上皮細胞間でより一般的に見られます。
隙間のような接続(ネクサス)も存在し、その長さは2~3µmに達します。このような接続における細胞膜は、互いに2~3nmの間隔を空けています。イオンや分子は、このような接触を容易に通過します。そのため、ネクサスは伝導接続とも呼ばれます。例えば、心筋では、興奮はネクサスを介して1つの心筋細胞から別の心筋細胞に伝達されます。
硝子体
ヒアロプラズム(hyaloplasma、ギリシャ語の「hyalinos(透明)」に由来)は細胞質全体の約53~55%を占め、複雑な組成を持つ均質な塊を形成しています。ヒアロプラズムには、タンパク質、多糖類、核酸、酵素が含まれています。リボソームの関与により、タンパク質はヒアロプラズム内で合成され、様々な中間体交換反応が起こります。ヒアロプラズムには、細胞小器官、封入体、そして細胞核も含まれています。
細胞小器官
細胞小器官(オルガネラ)は、すべての細胞に必須の微細構造であり、特定の生命維持機能を担っています。膜型細胞小器官と非膜型細胞小器官に区別されます。膜型細胞小器官は、周囲の硝子体から膜によって隔てられており、小胞体、内部網状構造体(ゴルジ体)、リソソーム、ペルオキシソーム、ミトコンドリアなどが含まれます。
細胞の膜小器官
全ての膜小器官は、その組織化原理が細胞膜の構造に類似した基本膜から構成されています。細胞生理学的過程は、膜の絶え間ない接着、融合、分離を伴いますが、接着と一体化は位相的に同一の膜単層のみで可能です。したがって、あらゆる小器官の膜において、硝子質に面する外層は細胞膜の内層と同一であり、小器官の空洞に面する内層は細胞膜の外層と相似しています。
細胞の非膜小器官
細胞の非膜細胞小器官には、中心小体、微小管、フィラメント、リボソーム、ポリソームが含まれます。
細胞内の物質と膜の輸送
物質は細胞内を循環し、膜に詰め込まれています(「細胞の内容物が容器内を移動する」)。物質の選別と移動は、ゴルジ体の膜に存在する特殊な受容体タンパク質と関連しています。細胞膜(細胞膜)を含む膜を介した輸送は、生細胞の最も重要な機能の一つです。輸送には受動輸送と能動輸送の2種類があります。受動輸送はエネルギーを消費しませんが、能動輸送はエネルギーに依存します。
細胞核
核(s. karyon)は、赤血球と血小板を除くすべてのヒト細胞に存在します。核の機能は、遺伝情報を保存し、新しい(娘)細胞に伝達することです。これらの機能は、核内のDNAの存在と関連しています。タンパク質(リボ核酸、RNA、リボソーム物質)の合成も核内で行われます。
細胞分裂。細胞周期
生物の成長は、分裂による細胞数の増加によって起こります。人体における主な細胞分裂方法は、有糸分裂と減数分裂です。これらの細胞分裂中に起こるプロセスは同じように進行しますが、結果は異なります。