細胞とは｜定義・構造・働き（核・ミトコンドリア等）をわかりやすく解説
細胞の定義・構造・働きを図解でわかりやすく解説。核やミトコンドリアなど小器官の役割を初心者向けに丁寧に紹介。
生物学において、細胞は生物の基本的な構造物である。すべての細胞は、他の細胞の分裂によって作られる。
細胞の外の環境は、細胞膜によって細胞内の細胞質から分離されている。一部の細胞内では、細胞の一部が他の部分から分離したままになっています。これらの分離した部分は小器官と呼ばれます（小さな臓器のようなもの）。小器官はそれぞれ、細胞内でさまざまな働きをしています。例えば、核（DNAがある）、ミトコンドリア（化学エネルギーが変換される）などがあります。
細胞の基本的な特徴
- 単位としての構造：細胞はすべての生物の基本単位であり、生物の形や機能は細胞の集まりやその働きによって成り立っています。
- 代謝の場：細胞内では物質の合成・分解やエネルギー変換が行われます（代謝）。
- 遺伝情報の保持・伝達：細胞は自身の構造や働きを決める遺伝情報を持ち、分裂によって次世代に伝えます。
- 自己複製：既存の細胞から新しい細胞が作られます（例：有糸分裂・減数分裂など）。
細胞の種類（原核細胞と真核細胞）
- 原核細胞（例：細菌）
- 核膜で囲まれた核はなく、遺伝物質は細胞質内にある（核様体）。
- 小さい（おおむね0.1〜5µm）・構造が単純で、70Sリボソームを持つ。
- 多くは細胞壁（ペプチドグリカン）を持つ。
- 真核細胞（例：動物・植物・菌類）
- 核があり、遺伝情報（DNA）は核内に格納される。
- 多数の膜で囲まれた小器官（ミトコンドリア、葉緑体、ゴルジ体、粗面小胞体など）を持つ。
- 大きめ（おおむね10〜100µm）で、80Sリボソームを持つ。
主要な細胞構造と小器官の働き
- 細胞膜（プラズマ膜）：脂質二重層（リン脂質）とタンパク質からなり、物質の出入りを制御します。受容体によるシグナル受け取りや細胞接着にも関与します。
- 細胞質：細胞内の流動性のある部分で、多くの代謝反応がここで行われます。
- 核：遺伝情報（DNA）を保持し、転写（RNA合成）や細胞周期の制御を行います。核膜、核小体などを含みます。
- リボソーム：タンパク質合成の場。原核は70S、真核は80S。
- 小胞体（粗面/滑面）：粗面小胞体はリボソーム付着によるタンパク質合成と修飾、滑面小胞体は脂質合成やカルシウム蓄積など。
- ゴルジ体：タンパク質や脂質の修飾・選別・輸送を行う「仕分けセンター」。
- ミトコンドリア：細胞のエネルギー生産（ATP合成）。酸化的リン酸化により化学エネルギーを作る。自らのDNAを持つ点が特徴的です。
- リソソーム：加水分解酵素を含み、不要物質や取り込んだ物質を分解します（オートファジーにも関与）。
- 葉緑体（植物細胞のみ）：光合成を行い、光エネルギーを化学エネルギーに変換します。ミトコンドリアと同様に独自のDNAを持つことが多いです。
- 液胞（植物細胞）：物質の貯蔵や浸透圧の調整、細胞の支持などを担います。
- 細胞壁：植物は主にセルロース、菌類はキチン、細菌はペプチドグリカンでできており、形の保持や保護に関与します。
- 細胞骨格（シトスケルトン）：微小管、アクチンフィラメント、中間径フィラメントからなり、形の維持、細胞内輸送、分裂時の染色体分配などで重要です。
物質輸送と情報伝達
- 受動輸送：拡散や浸透、チャネルを介した促進拡散など、エネルギーを使わない輸送。
- 能動輸送：膜タンパク質（ポンプ）を使って濃度勾配に逆らって物質を移動させる（ATPを消費）。
- 小胞輸送：エンドサイトーシス（取り込み）やエキソサイトーシス（放出）により大きな分子や粒子の移動を行う。
- シグナル伝達：受容体—セカンドメッセンジャー—キナーゼなどの経路で外部刺激を内的応答に変換します。細胞間接着やホルモン・神経伝達物質も重要です。
エネルギーと代謝
細胞はエネルギーを用いて生合成、運動、イオン輸送などを行います。グルコースなどの有機物を酸化し、ATPを生成するのが一般的な方法で、真核細胞では主にミトコンドリアで行われます。植物は光合成で自ら有機物を合成し、ミトコンドリアでそれを分解してATPを得ます。
遺伝情報と細胞分裂
- 遺伝子と転写・翻訳：DNAに記録された情報は転写されRNAとなり、リボソームで翻訳されタンパク質になります。
- 細胞分裂：体細胞分裂（有糸分裂）は遺伝情報を正確に複製して娘細胞に分配します。生殖細胞を作る減数分裂では遺伝子の再配列と染色体数の半減が起きます。
起源と進化的視点
ミトコンドリアや葉緑体が原始の独立した原核生物が真核細胞に取り込まれて共生したというエンドシンビオント説は広く受け入れられています。このような共生は細胞の複雑化・多様化に大きく関与しました。
まとめ：細胞が果たす役割
細胞は構造・代謝・情報伝達・複製の全てを担う最小単位です。多くの異なる小器官や分子機構が協調して働くことで、生物は成長・維持・適応・繁殖といった生命活動を行います。細胞生物学の理解は医学・農学・バイオテクノロジーなど幅広い分野で応用されています。
真核生物（左）と原核生物（右）の細胞
内皮細胞：核は青、ミトコンドリアは赤、マイクロフィラメントの構成要素であるFアクチンは緑に染色されている。蛍光顕微鏡で撮影した細胞。
細胞の種類
細胞には、原核細胞と真核細胞という基本的な種類があります。原核生物は、細菌と古細菌で、細胞核を持たない単純な細胞である。原核生物は細胞核を持たない単純な細胞で、バクテリアのマイクロコンパートメントを持っている。
真核生物は、細胞内に多くの小器官やその他の構造物を持つ複雑な細胞である。原核生物の細胞よりも大きく、体積は1000倍にもなる。真核生物は、遺伝情報（DNA）を細胞核内の染色体上に持っています。複数の細胞から構成される生物は真核生物である。
原核生物の種類
現在、原核生物はバクテリアとアーキア（古細菌）のみが生存している。原核生物は真核生物より先に進化したので、ある時期、世界は原核生物だけから成っていたのです。また、分類が難しいが、重要な病気の原因となるウイルスもある。ウイルスはRNAやDNAとタンパク質でできていて、細菌や真核生物の細胞の中で自己複製をします。
真核生物の種類
ユニセル
単細胞生物は、1つの細胞から構成されている。単細胞生物の例としては
- アメーバ
- ゾウリムシ
単細胞生物に必要なのは
- 召し上がる
- 呼吸をする（多くは酸素を使って糖をエネルギーに変える）
単細胞生物はすべてそうでなければならない。
- ふいにする
- うつしとる
- 生える
一部かもしれません。
マルチセルラー
多細胞生物は、多くの細胞からできている。複雑な生物である。これは少数の細胞であったり、数百万、数兆の細胞であったりする。すべての植物と動物は多細胞生物である。多細胞生物の細胞は、すべて同じではありません。多細胞生物の細胞は、すべて同じではありません。異なる形や大きさを持ち、生物の中で異なる働きをしています。細胞は特化されています。つまり、ある種の仕事だけをするのです。細胞は、それ自体では、生物が生きていくために必要なすべてのことを行うことはできません。他の仕事をするためには、他の細胞が必要です。彼らは一緒に住んでいますが、単独で生きることはできません。
単細胞生物であるゾウリムシ
動物細胞の簡単な図
植物細胞の簡単な図
セル履歴
細胞は、ロバート・フック（1635-1703）によって発見された。彼は、2つのレンズを持つ複合顕微鏡を使って、コルクの構造を見たり、葉っぱや昆虫を見たりしました。1660年頃からこの作業を行い、1665年に著書『Micrographica』で報告した。彼は細胞をラテン語で部屋を意味するcellaから名付けた。これは、細胞が小さな部屋のように見えると考えたからである。
他にも多くの自然科学者や哲学者がこの新しい装置を試した。植物の構造については、ネヘミア・グリュー（1641-1712）とマルチェロ・マルピーギ（1628-1694）が研究していた。グリューの主著は『植物の解剖学』（1682年）である。マルピーギ、ヤン・スワマーダム（1637-1680）、アントニー・ファン・レーウェンフック（1632-1723）、誰が最初に動物の細胞を見たかは定かではない。p17 。
レーウェンフックの発見した「小動物群」の絵は、自然科学者に全く新しい世界を切り開いた。原生動物、そして一般に微生物が発見され、それらに関する発見は今日でも続いている。クリスチャン・ゴットフリート・エーレンベルクの著書『Die Infusionsthierchen』は、1838年当時知られていたことをまとめたものである。1805年には、ローレンツ・オーケン（1779-1851）が、インフュージョリア（微小な形態）がすべての生命の基礎であると書いている。
細胞がより大きな生命体の基礎であるという考えは、18世紀に生まれました。誰がその研究をしたかを知るには、時間がかかりました。
「チェコのヤン・パーキニェ（1787-1869）とその弟子で共同研究者のガブリエル・ヴァレンティン（1810-1883）の研究は、民族主義のドイツ人によって不当に誹謗中傷された。彼らは、細胞理論において何らかの優先権を主張している」。第9章 ヨハネス・ミュラー（1801-1858）もまた、大きな貢献をした。"しかし、細胞説の手柄を立てたのは、彼の弟子テオドール・シュワン（1810-1882）とマティアス・シュライデン（1804-1881）であり、彼らの観察の中には正しくないものもあり、以前の研究者へのクレジットが「茶番」であるにも関わらず、である。p97
細胞理論には、このような重要な考え方が含まれています。
- すべての生物は細胞からできています。
- 細胞は、すべての生物における構造と機能の基本単位である。
- すべての細胞は、その前に生きていた別の細胞から生まれています。
- 核は、細胞の核となる要素です。
細胞の生殖
後生動物の体細胞は、単純な有糸分裂によって分裂する。有性生殖は真核生物の祖先であり、後生動物では特殊な性細胞によって行われる。これらは減数分裂と呼ばれる過程を経て作られる。
原核細胞の繁殖は、細胞が単純に半分に分かれる二元分裂で行われる。有糸分裂と二元分裂のいずれにおいても、細胞はその遺伝情報（DNA）をすべて複製し、新しい細胞がそれぞれコピーを持つようにしなければならない。
関連ページ
- 細胞診
質問と回答
Q:生物学における生物の基本構造は何ですか?
A:細胞は生物学における生物の基本構造です。
Q:細胞はどのように作られるのですか?
A:細胞は他の細胞の分裂によって作られます。
Q:細胞外の環境と細胞内の細胞質を隔てているものは何ですか?
A:細胞膜が細胞外の環境と細胞内の細胞質を隔てている。
Q:細胞小器官とは何ですか?
A:小器官とは、細胞の中で他の部分と分離して、異なる働きをする部分のことです。
Q:DNAは何に存在するのですか?
A:DNAは核の中にあり、小器官の1つです。
Q:化学エネルギーはどこで変換されるのですか?
A:化学エネルギーは、小器官の一つであるミトコンドリアで変換されます。
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