学習したことのメモです。何かの参考になれば嬉しいです！
細胞の構造と機能
細胞の基本概念
最小の生きた単位 ：細胞は生命の基本単位であり、独立して機能する最小の生命体です。多くは顕微鏡でしか見えない ：多くの細胞は肉眼では見えず、顕微鏡を使って初めて観察 できます。
細胞理論の原則
すべての生物は細胞からできている ：この原則は、すべての生物が1つまたは複数の細胞で構成されていることを示しています。細胞はすべての生物の構造と機能の最小単位 ：細胞は生物の基本構造単位であり、機能の基本単位でもあります。
細胞の構造
細胞質と細胞膜 ：細胞は細胞膜に囲まれており、その内部には細胞質 があります。細胞質には様々な生体分子が含まれています。生体分子 ：タンパク質、核酸（DNAやRNA）など、多くの重要な分子が含まれています。分類 ：細胞は単細胞生物（例：細菌） と多細胞生物（例：植物、動物） に分類されます。
細胞の分化
約40兆個の細胞 ：成人の体には約40兆個 の細胞が存在します。数百種類の細胞タイプ ：これらの細胞は、数百種類の異なる形態と機能を持つ細胞に分化します。受精卵からの分化 ：受精卵は細胞分裂を繰り返し、最終的に様々な組織に分化します。
特化した細胞活動
細胞の一般的な活動 専門化した細胞 細胞間で接着結合や密着結合を形成する 上皮細胞 細胞外マトリックスの構成要素を合成・分泌する 線維芽細胞、骨や軟骨の細胞 物理的・化学的刺激を活動電位に変換する ニューロンや感覚細胞 分解酵素を合成・分泌する 消化腺の細胞 糖タンパク質を合成・分泌する 粘液腺の細胞 ステロイドを合成・分泌する 副腎、精巣、卵巣の特定の細胞 イオン輸送を行う 腎臓および唾液腺管の細胞 細胞内消化を行う マクロファージおよび好中球 脂質を貯蔵する 脂肪細胞 代謝物を吸収する 腸の内壁細胞 筋肉や他の収縮性細胞による運動を行う 筋肉および他の収縮性細胞
細胞の種類
原核細胞 真核細胞
特徴 プロカリオティック細胞 真核細胞 地球上での最初の細胞タイプ はい いいえ 存在する生物 細菌と古細菌 植物、動物、そして原生生物を含む 核膜で囲まれた核の有無 なし あり 核様体 DNAが集中する領域であり、核膜に囲まれていない 該当なし 膜で囲まれた細胞小器官の有無 なし 多数の細胞小器官を持つ
細胞膜
機能 ：物質の選択的透過を制御 します。一部の分子は自由に移動できますが、キャリアタンパク質が必要 な場合もあります。
多くの疾患は受容体の欠陥によって引き起こされます。例えば、偽性副甲状腺機能低下症 や一部の低身長症 は、それぞれ副甲状腺ホルモンや成長ホルモンの受容体が機能しないことが原因 です。これらの疾患では、ホルモンは正常に生成 されますが、標的細胞が正常な受容体を持たないため反応できません。
膜タンパク質の主な役割は次の通りです：分子を一方向に移動 させる。特定の化学物質を認識 する。
細胞壁
構造 ：植物や菌類に見られ、セルロース（植物）やキチン（菌類） から成ります。機能 ：細胞の形を維持し、外部からの圧力に対する保護を提供します。
細胞内構造
細胞質
細胞骨格 微小管、中間径フィラメント、アクチンフィラメント （ それぞれの 機能について 出題 された ！ ） の3種類があります。
細胞骨格成分 構造 主な機能 役割の例 微小管 (Microtubules )チューブリンというタンパク質が集まって形成された中空の管状構造 細胞の形状を維持、細胞内輸送のレール 、細胞分裂時の染色体移動 染色体分離 (有糸分裂)、細胞小器官や小胞の輸送、繊毛や鞭毛の運動 中間径フィラメント (Intermediate Filaments )ケラチン、ビメンチンなどの多種のタンパク質からなる線維状の構造 細胞や組織の構造的強度を提供、機械的ストレスに対する抵抗 皮膚の細胞（ケラチンフィラメント）、筋肉細胞（デスミン）での構造的サポート アクチンフィラメント (Actin Filaments , マイクロフィラメント)アクチンという球状タンパク質が二重らせん状に結合した線維状構造 細胞の形状維持、細胞運動（アメーバ運動、筋収縮）、細胞分裂時の収縮環の形成 細胞運動 (ラメリポディア、フィロポディアの形成)、筋肉収縮、細胞の収縮環による細胞質分裂
鞭毛と繊毛
微小管 の動態を研究するために使用するいくつかの阻害化合物 は、がん化学療法でも広く使用 され、急速に増殖する腫瘍細胞で有糸分裂紡錘体の活動を阻害 します。これらの薬剤には、ビンブラスチン、ビンクリスチン、パクリタキセル が含まれ、いずれも植物由来の化合物として発見されました。
核
核膜 DNA ：遺伝物質。染色体の形で存在し、細胞分裂時に複製されます。核小体
臨床との関連
組織には、安定したまたは急速に再生する細胞集団が含まれており、その中の細胞が変異して高い速度で無秩序に増殖することがあります。このような腫瘍性の増殖は、プロトオンコジーンのDNAが損傷し、細胞が除去されない場合に起こります 。腫瘍性増殖は、成長が遅く隣接する臓器に侵襲しない良性と、成長が速く他の臓器に侵襲する能力が高い悪性の2種類 に分けられます。がんはすべての悪性腫瘍を指す一般的な用語です。
バール小体（性染色質） は、外部の性器によって性別を判断できない患者、例えば半陰陽や仮性半陰陽のような場合に、顕微鏡で性別を判断するのに役立ちます。また、性染色体に関連する他の異常を明らかにすることもでき、例えば、XXY染色体を持つクラインフェルター症候群
核型分析（カリオタイプ分析） は、多くの出生前診断で重要です。胎児や羊膜から培養された細胞の染色体分析によって、特定の遺伝的異常を検出することができます。成人の核型分析と同様に、欠失や余分な染色体、染色体の欠失や転座が容易に観察されます 。染色体染色の新しい方法や、蛍光 in situ ハイブリダイゼーション（FISH ）などの分子技術が継続的に開発され、細胞遺伝学的診断 に使用されています。
小胞体とゴルジ体
粗面小胞体 リボソーム が付着し、タンパク質を合成 します。滑面小胞体
ゴルジ体 ：分子を修飾し、パッケージして細胞内外へ輸送 します。
部位 主なプロセス 詳細 粗面小胞体（RER） 新しいタンパク質の移動 タンパク質がERのシスターナ（内腔）に移動されます。 マンノースが豊富なオリゴ糖の付加（N-結合型） 特定のアスパラギン残基にマンノースが豊富なオリゴ糖が付加されます。 タンパク質の折りたたみと品質管理 シャペロンによってタンパク質が適切に折りたたまれ、品質管理が行われます。 ジスルフィド結合の形成 特定のシステイン残基間にジスルフィド結合が形成され、タンパク質が安定化します。
部位 主なプロセス 詳細 シスゴルジネットワーク（CGN） COP-IIによる小胞の移動促進 RERからCGNへの小胞の移動がCOP-IIによって促進されます。 COP-Iによる逆行性小胞移動の制御 COP-Iが逆行性（RERへの戻り）の小胞移動を制御します。 マンノース-6-リン酸の付加 将来リソソーム酵素となるタンパク質にマンノース-6-リン酸が付加されます。 N-結合型オリゴ糖のトリミングと追加の糖の付加 N-結合型オリゴ糖がトリミングされ、さらに糖が付加されます。
部位 主なプロセス 詳細 メディアルゴルジシスターナ 新しいグリコシル化の進行 一部の脂質やセリン、スレオニン残基のヒドロキシル基（-OH基）に新たにグリコシル化が行われます（O-結合型）。 N-結合型オリゴ糖のさらなる修飾 タンパク質上のN-結合型オリゴ糖がさらに修飾されます。 グリコプロテインと糖脂質の仕分け グリコプロテインと糖脂質が特定の小胞に仕分けされます。
部位 主なプロセス 詳細 トランスゴルジネットワーク（TGN） シアル酸の付加 特定のオリゴ糖にシアル酸が終末糖として付加されます。 チロシン残基と一部の糖の硫酸化 チロシン残基と一部の糖が硫酸化されます。 小胞の分離と仕分け 異なる目的地に向かう小胞が分離され、仕分けされます。
黄疸 は皮膚の黄ばみを指し、ビリルビンや他の色素化合物が細胞外液に蓄積する ことで引き起こされます。これらの化合物は通常、肝臓細胞の滑面小胞体（SER）酵素 によって代謝、胆汁として排出 されます。新生児の黄疸の一般的な原因は、肝臓細胞のSERが未発達 で、ビリルビンが容易に排出できる形に変換されないことです。
リソソームとプロテアソーム
リソソーム 細胞の老廃物や不要な部分を分解
リソソーム蓄積症 酵素の欠乏を引き起こす 突然変異や、翻訳後の処理の不具合 によって生じます。これにより、細胞内でオートファジー後に分解すべき基質を処理できなくなり 、消化不全のマクロ分子を含んだ大きな二次リソソームや残余小体が蓄積 します。これが細胞や組織の正常な機能を妨げ、疾患の症状を引き起こします。
プロテアソーム ：不要なタンパク質を分解 し、細胞の機能を調整します。
プロテアソーム や細胞のタンパク質品質管理の機能が失敗すると、細胞内に大きなタンパク質の凝集体が蓄積します。 これらの凝集体は他の高分子を吸着し、細胞を損傷させたり、死滅させたりすることがあります。死んだ細胞から放出された凝集体は組織内に蓄積し、特に脳では細胞機能を直接妨げ、神経変性を引き起こします。アルツハイマー病やハンチントン病 は、このようなタンパク質凝集体によって引き起こされる神経疾患の代表例です。
ペルオキシソームと液胞
ペルオキシソーム ：過酸化水素を生成・分解し、細胞の酸化ストレスを管理 します。液胞 （Vacuole） ：主に植物細胞で、物質の貯蔵や老廃物の隔離を行います。
ミトコンドリアと葉緑体
ミトコンドリア ：ATPを生成 する細胞のエネルギー工場。独自のDNAを持ち、細胞呼吸 を行います。葉緑体 グルコースを生成 します。
分子の移動
受動輸送 ：エネルギーを必要とせず、濃度勾配に従って物質が移 動します。拡散、浸透、促進拡散 の形があります。能動輸送 ：エネルギーを必要とし、濃度勾配に逆らって物質が移動します。例としてナトリウム-カリウムポンプ があります。エンドサイトーシス ：細胞が大きな物質を取り込む プロセス。ファゴサイトーシス（細胞食作用）とピノサイトーシス（細胞飲作用） があります。エクソサイトーシス ：細胞が大きな物質を排出 するプロセス。
Facilitated Transport Active Transport
溶液の種類と細胞への影響
溶媒 + 溶質 = 溶液 低張液（Hypotonic） ：細胞内 の溶質が外部より多く、外部の溶媒が細胞内に流れ込む 。等張液（Isotonic） ：細胞内外の溶質が同じで、流入出がない。高張液（Hypertonic） ：細胞外の溶質が細胞内より多く、細胞から液体が流れ出す。
まとめ
構造 説明 機能 細胞壁 セルロースまたはキチンからなる外層、または非存在 保護、支持 細胞膜 脂質二重層で、タンパク質が埋め込まれている 細胞内外への物質の通過を調整、細胞間認識 鞭毛（繊毛） 微小管のペアが9 + 2で配置された細胞の伸長部分 運動または表面上の液体の移動を担当
細胞の内部構造とオルガネラの説明と機能をまとめた表です。
構造 説明 機能 小胞体（ER） 内部膜のネットワーク 区画や小胞の形成、タンパク質の修飾と輸送、炭水化物や脂質の合成 リボソーム タンパク質とRNAからなる複雑な小さな集合体、しばしばERに結合 タンパク質合成の場 核 二重膜で囲まれた球形構造、染色体の存在する場所 細胞の制御センター 染色体 タンパク質と結合した長いDNAのスレッド 遺伝情報の保存場所 核小体 核内でrRNAが合成される場所 リボソームの合成と組み立て ゴルジ装置 平坦な小胞が積み重なった構造 細胞からのタンパク質の輸出用パッケージング リソソーム 消化酵素を含む膜で囲まれた袋、動物細胞に見られる 様々な分子の消化 細胞骨格 タンパク質フィラメント、ファイバー、および微小管からなるネットワーク 構造的支持、細胞の運動 ミトコンドリア 内膜が高度に折りたたまれたバクテリア様要素 細胞の「発電所」、エネルギー生産 葉緑体 内膜がクロロフィルを含む袋を形成するバクテリア様要素、植物細胞および藻類に見られる 光合成の場
構造/オルガネラ 細菌 動物細胞 植物細胞 外部構造 細胞壁 あり（タンパク質と多糖類） なし あり（セルロース） 細胞膜 あり あり あり 鞭毛（繊毛） 時々あり 時々あり 一部の種の精子に鞭毛が存在する
構造/オルガネラ 細菌 動物細胞 植物細胞 内部構造 小胞体（ER） なし あり あり 微小管 なし あり あり 中心体 なし あり なし ゴルジ装置 なし あり あり 核 なし あり あり ミトコンドリア なし あり あり 葉緑体 なし なし あり 染色体 一本の裸の環状DNA 複数の単位で、タンパク質と結合したDNA 複数の単位で、タンパク質と結合したDNA リボソーム あり あり あり リソソーム なし あり なし 液胞 なし なしまたは小さい液胞が存在 成熟した細胞には通常大きな単一の液胞が存在
受動的プロセスの種類とその動きのタイプ、例を説明した表です。
プロセス 動きのタイプ 説明 例 単純拡散 小さな非極性物質が濃度勾配に沿って移動 物質が濃度勾配に沿って、運動エネルギーのみで移動する; 細胞エネルギーは不要; 平衡に達するまで続く（抵抗がない場合） 酸素と二酸化炭素の血液と体組織間の交換 促進拡散 輸送タンパク質を使って小さな極性物質が移動 選択的透過膜を越えて、濃度勾配に沿って物質が移動; 輸送タンパク質の助けが必要 グルコースキャリアを介した細胞へのグルコース輸送 チャネル媒介 タンパク質チャネルを介してイオンが移動 膜を越えてイオンが濃度勾配に沿って移動; タンパク質チャネルを通る Na+ が Na+ チャネルを通って細胞内に移動 キャリア媒介 キャリアタンパク質を使って極性物質が移動 キャリアタンパク質を介して、濃度勾配に沿って小さな極性物質が移動 グルコースの細胞内輸送 浸透 水分子が選択的透過膜を越えて移動 溶質の相対濃度によって方向が決まり; 平衡に達するまで続く 血液中の溶質が間質液から血液に液体を引き戻す
能動的プロセスの種類とその動きのタイプ、説明、および例を示した表です。
プロセス 動きのタイプ 説明 例 能動輸送 細胞エネルギーの消費が必要 物質を濃度勾配に逆らって移動させるために細胞エネルギーを使用 – 一次能動輸送 ATPによって直接駆動 膜を越えてイオンや小分子を濃度勾配に逆らって輸送するトランスメンブタンパク質ポンプによって駆動 Na+/K+ポンプ（Na+を細胞外に、K+を細胞内に輸送） 二次能動輸送 他の物質の移動を利用 別の物質の濃度勾配の移動を利用して、物質を濃度勾配に逆らって移動させる Na+/グルコース輸送（Na+の濃度勾配に従いグルコースを輸送） 同輸送（シンポート） 物質が同じ方向に移動 物質が濃度勾配に逆らって、Na+と同じ方向に移動 Na+/グルコース輸送 逆輸送（アンポート） 物質が逆方向に移動 物質が濃度勾配に逆らって、Na+とは逆の方向に移動 Na+/H+輸送
囊泡輸送の種類とそれぞれのプロセス、説明、および例を示した表です。
プロセス 説明 例 囊泡輸送 物質が細胞内に取り込まれるか、細胞から放出される際に囊泡が形成または失われるプロセス。 – エキソサイトーシス 分泌小胞が細胞膜と融合し、物質が細胞外に放出されるプロセス。 神経細胞による神経伝達物質の放出 エンドサイトーシス 細胞膜で小胞が形成され、物質が細胞内に取り込まれるプロセス。 毛細血管壁での小さな囊泡の形成 食作用（ファゴサイトーシス） 偽足を使って細胞外の粒子状物質を取り込み、小胞が形成されるタイプのエンドサイトーシス。 白血球によるバクテリアの貪食 液胞作用（ピノサイトーシス） 細胞が間質液を取り込むために小胞を形成するタイプのエンドサイトーシス。 間質液の取り込み 受容体媒介エンドサイトーシス 細胞膜の受容体が特定の物質と結合し、その後受容体と結合した物質が細胞内に取り込まれるプロセス。 コレステロールの細胞内取り込み
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