細胞核とは｜構造・機能・役割をわかりやすく解説
細胞核（英: nucleus）は、細胞の遺伝情報を格納し、細胞の成長や分裂、遺伝子発現の制御を担う主要なオルガネラです。核は二重の核膜（核エンベロープ）で囲まれ、通常は細胞内で最も目立つオルガネラとして観察されます。核の内部にはDNAを収納した染色体が存在し、それらとタンパク質が一体となってクロマチンを形成しています。ヒトの体には数十億個の細胞があり、多くの細胞は核を持っていますが、成熟した赤血球のように核を失う例もあります。
構造（主な構成要素）
- 核膜（二重膜）：内膜と外膜からなり、外膜は粗面小胞体と連続しています。核膜には多数の核膜孔があり、分子の出入りを制御します。
- 核膜孔複合体（NPC）：RNAやタンパク質、リボソームサブユニットなどの選択的輸送を担う通路です。
- 核質（ヌクレオプラズム）：核の内部を満たすゼリー状物質で、タンパク質やRNAが溶け込んでいます。
- 核小体（核小体が）：リボソームRNA（rRNA）の合成とリボソーム前駆体の組立てを行う領域です。ここで作られたリボソーム成分は細胞質へ輸出されます（リボソームが組み合わされています）。
- クロマチン（染色体）：DNAがヒストンなどのタンパク質と結合してコンパクトに折りたたまれた状態。遺伝情報の読み取り（転写）や複製が行われます。
- 核ラミナ：核膜の内側にある繊維状構造で、核の形の維持や染色体の配置に関与します。
主な機能
- 遺伝情報の保存と複製：DNAは核内で複製され、娘細胞へ正確に受け渡されます。
- 転写とRNA加工：DNAからmRNA、rRNA、tRNAなどが合成され、mRNAはスプライシングなどの加工を受けてから核外へ輸送されます。
- リボソームの前駆体組立て：核小体でrRNAが合成され、リボソームサブユニットが部分的に組み立てられ細胞質へ輸送されます。
- 細胞周期の制御：核内のタンパク質やシグナルは細胞分裂（有糸分裂や減数分裂）の進行を調節します。
- 分子輸送の選別：核膜孔を介して核内外間でタンパク質やRNAが能動的にやり取りされます。
真核生物と原核生物の違い
真核生物は、単細胞のものを含めて細胞に明瞭な核を持ちます。一方、原核生物であるバクテリアやアルキアは、核膜で囲まれた核を持たず、DNAは細胞質内に存在します。
細胞分裂と染色体の観察
細胞が分裂しているとき、あるいは分裂の準備過程ではDNAが高度に凝縮して光顕微鏡で観察できる染色体になります。逆に染色体がほどけている間は、核小体などの構造が観察されやすくなります。分裂過程は有糸分裂（体細胞分裂）や減数分裂（生殖細胞の形成）に分かれ、それぞれ染色体の複製や配列が厳密に制御されます。細胞が分裂しているとき、染色体の凝縮は顕著です。
歴史的な観察
核は顕微鏡の発展とともに初期の観察者によって注目されました。初期の顕微鏡観察は17世紀の観察者にさかのぼり、のちに19世紀にかけて核の本質が詳しく記述されるようになりました。特に植物細胞での核の記述は19世紀に確立されました（例：初期の研究者らによる報告）。
実生活への関連
- 遺伝子検査やがん研究では、核内のDNAや染色体異常の解析が重要です。
- ウイルスの多くは核内で増殖するものがあり、核の機能や核膜孔は感染・免疫の研究対象になります。
まとめると、細胞核は遺伝情報の保管庫であり、遺伝子発現や細胞周期を統括する「細胞の指令塔」です。構造的にも機能的にも多様な役割を担っており、生物学と医学の多くの分野で中心的な研究対象になっています。
真核生物の細胞核。ここに見えるのは、リボソーム点状の二重膜である核包絡膜、DNA複合体、核小体です。
組織培養中の細胞を青色のHoechst色素でDNAを染色した。中央と右の細胞は間期にあるので、それらの核全体が標識されています。左側では、細胞は有糸分裂を経ており、そのDNAは凝縮しており、分割の準備ができています。
典型的な動物細胞の図 1.核小体 2.核 3.リボソーム 4.小胞 5.粗小胞体 6.ゴルジ体 7.細胞骨格 8.平滑小胞体 9.ミトコンドリア 10.液胞 11.細胞質 12.リソソソーム 13.遠心体 14.細胞膜
核膜
大きな分子は二重の核膜を通り抜けられません。しかし、核の孔は存在しています。核膜を横切る分子の動きをコントロールしています。この気孔は両方の核膜を横切っており、チャネルを提供しています。大きな分子はキャリアタンパク質によって積極的に運ばれ、小さな分子やイオンは自由に移動しています。タンパク質やRNAなどの大きな分子が毛穴を通って移動することは、遺伝子の発現と染色体の維持の両方に必要です。
ヌクレオラス
核の中には核小体と呼ばれる構造物があります。核小体オーガナイザー領域（NOR）で作られています。これは、核小体が形成される染色体の周りにある領域です。核小体の内部ではリボソームが作られています。これらのリボソームは、核内の細孔複合体を通って細胞質に運ばれます。そこでリボソームはタンパク質を作るために働きます。リボソームは、膜タンパク質を作っている場合は小胞体に付着します。
質問と回答
Q:細胞核とは何ですか?
A:細胞核は、細胞の遺伝子を含み、その成長と生殖を制御する小器官です。周囲には二重の核膜があり、細胞のコントロールセンターとして働いています。
Q:核には何が入っているのですか?
A:核には、DNAを格納する染色体、タンパク質、RNA分子、核小体などがあります。
Q:誰が細胞核を発見したのですか?
A: 細胞核は17世紀にアントニー・ファン・レーウェンフックによって初めて発見されました。
Q:真核生物はすべて単細胞ですか?
A:いいえ、すべての真核生物が単細胞というわけではありません。多くの真核生物は単細胞ですが、多細胞の真核生物も多く存在します。
Q:原核生物には核があるのですか?
A:いいえ、細菌や古細菌などの原核生物は、細胞内に核を持っていません。
Q:核の中はどうなっているのですか?
A:核の中には、タンパク質、RNA分子、染色体、核小体などが存在します。核小体ではリボソームが組み合わされ、細胞質へ運ばれてmRNAをタンパク質に翻訳します。
Q:光学顕微鏡で染色体を見ることができるのはどんなとき?
A: 細胞が分裂しているとき、あるいは分裂の準備をしているときに、光学顕微鏡で染色体を見ることができます。また、染色体を直接見ることができない場合は、核小体を見ることができます。
