Cell Definition
細胞は生命の基本単位である。 現代社会では、生命のすべての機能を実行する最小の既知の世界である。 すべての生物は単細胞であるか、または多くの細胞が一緒に働くことで構成される多細胞生物である。
細胞は、これらの機能のすべてを達成できる最小の既知の単位である。
- 生命の化学反応を維持する細胞膜
- 細胞の「設計図」と「ソフトウェア」を含む遺伝物質からなる少なくとも1つの染色体。「
- 細胞質-細胞内の液体で、生命の化学反応が起こる。
以下では、生命活動を促進するために細胞が果たすべき機能と、これらの機能をどのように果たすかについて説明します。 これらは、
- A living thing must respond to its environment.
- A living thing must grow and develop across its lifespan.
- A living thing must be able to reproduce, or make copies of itself.
- A living thing must have metabolism.These: The living things must be fulfilled in the seven functions in the lifetime.
- 生物は恒常性を維持すること、つまり外部の変化にかかわらず内部環境を同じに保つこと。
- 生物は細胞でできていること。
- 生物はその子孫に形質を継承すること。
生物がこれらの機能すべてを実行できるのは、細胞の生態によるものである。
細胞の働き
これらの機能を実現するためには、
- 細胞の内部と外部を隔てる細胞膜が必要である。
- 形質を細胞の子孫に伝えることができる遺伝物質。 現代の細胞はすべてDNAを使用してこれを実現しており、その塩基対形成特性により、細胞の「設計図」と「オペレーティングシステム」の正確なコピーを作成することができる。
- 構造的、代謝的、生殖的なさまざまな機能を実行するタンパク質。
細胞によっては、これらの機能の例として、光合成、砂糖の分解、運動、自身の DNA のコピー、特定の物質を細胞膜を通過させ、他の物質を排除することなどが挙げられます。 アミノ酸には、さまざまなサイズ、形状、および極性、イオン電荷、疎水性などの異なる特性があります。
遺伝物質の指示に基づいてアミノ酸を組み合わせることで、細胞はほぼすべての機能を実行する生化学的な機械を作成できます。
一部の科学者は、最初の細胞はいくつかの重要な機能を達成するためにRNAを使って、突然変異の結果として仕事をするためにはるかに汎用アミノ酸に移動したかもしれないと考えています。
以下で説明するさまざまな細胞の種類は、これらの機能を達成する方法が異なります。
細胞の種類
地球上の生物は何百万種と多様で、時間とともに徐々に成長し変化するので、無数の現存の細胞の種類の間には数え切れないほどの相違が存在するのです。
しかし、ここでは、2つの主要なタイプの細胞と、それぞれの重要なサブカテゴリを見ます。
原核生物
原核生物は、2つの主要タイプの細胞のうちより単純で古いものです。 原核生物は単細胞生物である。 バクテリアと古細菌は原核細胞の例です。
原核細胞は細胞膜と、外部環境からさらに保護する1層または2層を持っています。 多くの原核生物はリン脂質でできた細胞膜を持ち、剛直な糖でできた細胞壁で囲まれている。
多くの原核細胞はまた、繊毛、尾、または細胞がその動きを制御できる他の方法を備えている。
これらの特徴、および細胞壁とカプセルは、原核細胞が環境の中で一人でやっているという事実を反映します。 多細胞生物の一部ではなく、環境から他の細胞を保護したり、動きを作り出したりするために、細胞の層全体を持っているかもしれません。
原核細胞は、細胞の必須遺伝物質と動作命令のすべてを含む単一の染色体を持っています。 この単一の染色体は通常丸い形をしています。 核や他の内膜や小器官はない。
追加の遺伝形質や情報は、細胞質内の「プラスミド」と呼ばれる遺伝子単位に含まれているかもしれませんが、これらは通常、原核生物が「水平遺伝子伝達」のプロセスによって前後に渡す遺伝子で、ある細胞が別の細胞に遺伝物質を与えるときのものです。 原核細胞は繁殖の準備ができると、1本の染色体をコピーする。 その後、細胞は半分に分裂し、それぞれの娘細胞に染色体の1コピーとプラスミドのランダムな組み合わせを割り当てます。
現在までに知られている原核生物には、細菌や真核生物とは生化学的に異なる非常に古い系統である古細菌と、古細菌と区別するために「真正細菌」または「バクテリア」と呼ばれることもあるバクテリアの2つの種類があります。
両科とも名前に「バクテリア」が付いているのは、近代的な生化学および遺伝子分析技術の発明以前は、両科の違いが理解されていなかったからである。
科学者が原核生物の生化学と遺伝学を詳しく調べ始めたとき、この2つの非常に異なるグループを発見し、彼らはおそらく真核生物と異なる関係を持ち、異なる進化の歴史を持っている！
真核生物はバクテリアと似た細胞膜化学を持っているので、人間のような真核生物がよりバクテリアに近いと考える科学者もいます。 また、古細菌は染色体を複製するために似たようなタンパク質を使用しているので、古細菌は我々真核生物により近いと考える人もいます。
さらに、我々は両方の子孫かもしれない、古細菌が細菌細胞の中に住み始めたときに真核細胞が誕生したかもしれないし、その逆もまたしかり、と考える人もいます。 これによって、私たちが両方の重要な遺伝的および化学的属性を持ち、核、葉緑体、ミトコンドリアなどの複数の内部コンパートメントを持つ理由が説明できます！
真核生物
真核細胞は、最も現代的な主要細胞タイプだと考えられている。 あなたやあなたの猫、観葉植物を含むすべての多細胞生物は真核生物です。
真核細胞は通常、大量の遺伝情報を含む2つ以上の染色体を持ちます。 多細胞生物の体内では、これらの染色体の中の異なる遺伝子が「オン」と「オフ」に切り替わり、同じ生物の中で異なる形質を持ち、異なる機能を果たす細胞を作ることができます。
真核細胞には1つ以上の内膜もあり、このことから、真核細胞は、1種類または複数の原核生物が他の細胞の中で共生関係を始めたときに進化したと考えられる、という科学者の結論に達しました。
真核細胞で見られる内膜を持つ器官には、通常次のようなものがあります。
- 動物細胞の場合 – ミトコンドリアは、糖からエネルギーを解放して、非常に効率的にATPに変換します。
ミトコンドリアには細胞の核DNAとは別に独自のDNAさえあり、これが、かつて独立したバクテリアだったという理論のさらなる支持になります。 - 植物細胞の場合 – 光合成を行う葉緑体。太陽光と空気からATPと糖を作る。
葉緑体も独自のDNAを持っており、光合成細菌として生まれた可能性がある。 - 核 – 真核細胞では、核に細胞の必須DNA設計図と作動命令が含まれている。
核膜は、DNAを損傷する毒素や侵入者からDNAを保護する追加の層を提供すると考えられている。
核もかつては内部共生原核生物だったのか、それとも単に細胞のDNAのための追加の保護層として進化したのか、不明である。 - ゴルジ装置-この内部膜複合体は、小胞体の「郵便局」のように考えることができる。
- その他 – 多くの真核細胞は、廃棄物を貯蔵したり、重要な物質を包装するために、「液胞」と呼ばれる一時的な内膜「袋」を作ることができる。
例えば、いくつかの細胞には、腐食物質や消化酵素で満たされた「リソゾーム」と呼ばれる特別な液胞がある。 細胞は単に「ゴミ」をライソゾームに捨て、そこで厳しい環境から、再利用できるより単純な成分に分解します！
細胞の例
アーキバクテリア
上述のように、アーキバクテリアは原核細胞の非常に古い形態です。
古細菌が他の細菌と異なる主な点は、次のとおりです：
- 細胞膜は、細菌にも真核生物の細胞膜にもないタイプの脂質でできています。
- 彼らのDNA複製酵素は、バクテリアのものよりも真核生物のものに似ており、バクテリアと古細菌は遠縁にしかなく、古細菌は実際には現代のバクテリアよりも私たちに近いかもしれないことを示唆しています。
アーキバクテリアのユニークな化学的特性は、超高温の水や極端に塩分の多い水、他のすべての生命体に有害な環境などの極限環境での生存を可能にするものである。
近年、ロキアルカイオータの発見で科学者たちは大いに興奮しました。
現在では、ロキアルカイオータは原核生物界で私たちに最も近い親戚ではないかと考えられています。 確かに、連鎖球菌やブドウ球菌などの一般的な病原体は原核生物の細菌細胞です。
しかし、死んだゴミを分解して役に立たないものを肥沃な土に変える細菌、自分の消化管に生息して食べ物の消化を助ける細菌など、役に立つ細菌も多く存在します。
細菌細胞は通常、私たちのような多細胞生物と共生関係にあり、土の中や、細菌にとって極端すぎない場所ならどこでも生息しています！
植物細胞
植物細胞は多細胞の光合成生物に属する真核細胞で、その細胞は、私たちのような多細胞生物と共生関係にあります。
植物細胞には葉緑体という小器官があり、そこには光の光子を吸収し、その光子のエネルギーを採取する色素があります。
葉緑体は光エネルギーを細胞燃料に変える驚くべき能力を持っており、このエネルギーを使って空気中の二酸化炭素を取り、それを燃料や建築材料として生物が使用できる糖分に変えることができます。
植物細胞は、葉緑体を持っていることに加えて、植物組織が葉、茎、木の幹などの直立構造を維持できるように、通常、硬い糖でできた細胞壁を持っています。
植物細胞には、核、小胞体、ゴルジ装置などの通常の真核生物の小器官も備わっています。
動物細胞
この演習では、あなたにとって非常に重要な動物細胞の一種、あなた自身の肝細胞を見てみましょう。
すべての動物細胞と同様に、この細胞には、細胞呼吸を行うミトコンドリアがあり、酸素と糖を大量のATPに変えて細胞機能を駆動しています。
また、核、小胞体、ゴルジ装置など、ほとんどの動物細胞と同じ小器官も持っています。
しかし、多細胞生物の一部として、あなたの肝細胞も独自の遺伝子を発現し、独自の形質や能力を与えているのです。
特に肝細胞は、多くの毒素を分解する酵素を含んでおり、これによって肝臓は血液を浄化し、危険な体内廃棄物を分解することができる。
肝細胞は、多細胞生物が異なる種類の細胞が協力することによって、より効率的になる方法の優れた一例といえるだろう。
あなたの体は、特定の毒素や老廃物を分解する肝細胞がなければ生きていけませんが、肝細胞自体も、食べ物を探す神経や筋肉の細胞、その食べ物を消化しやすい糖分に分解する消化管がなければ生きていけないのです。
- エピジェネティクス – 染色体の一部に化学基を追加または削除することによって、遺伝子のスイッチを「オン」または「オフ」にするプロセス。
- 真核生物 – 複数の染色体とミトコンドリア、葉緑体、核などの内部小器官を持つ複雑な細胞
- 原核生物 – 単純な構造を持つ単細胞生物で、通常1つの染色体と内部小器官を持たない
Quiz
1． 次のうち、すべての生物が行わなければならない必須機能でないものはどれか？
A. 生物は繁殖しなければならない
B. A living thing must be maintained its internal environment, regardless of external changes.
C.生物は、外部の変化にかかわらず、その内部環境を維持することができなければならない。 生物は環境の変化に対応しなければならない
D. 上記のどれでもない。
2. 次のうち、原核細胞の種類でないものはどれか？
A. アルカエバクテリア
B. ブドウ球菌
C. 連鎖球菌
D. 肝細胞
3. 次のうち、真核細胞のオルガネラでないものはどれか？
A. プラスミド
B. 核
C. ミトコンドリア
D. 葉緑体
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