基礎

細胞の構造

核を除いた部分を細胞質cytoplasmといい、細胞小器官がある。

小胞体endoplasmic reticulum:表面にリボソームが付着した粗面小胞体と付着していない滑面小胞体

リボソームribosome:小さな顆粒、RNAと共にタンパク質を合成。

ゴルジ体Golgi apparatus:粗面小胞体で作られたタンパク質に糖などを付け加えて細胞表面に運べるようにする。

中身体centrosome:細胞分裂時、細胞両極に移動し、染色体を引き寄せる。

ミトコンドリアmitochondria:ATP産生。

リソソームlysosome:不要な細胞の構成成分や、細胞内に取り込んだ物質を分解。

細胞骨格cytoskeleton:細胞の形を保つ、細胞運動。元はタンパク質が作る細胞質内の繊維。

 

細胞の化学成分

 

糖質

単糖類:糖質の最小単位。消化により糖質が分解された時の最終産物。グルコース(ブドウ糖)、フルクトー(果糖)ガラクトースなど

二糖類:スクロース(ショ糖、砂糖)ラクトース(乳糖)など

多糖類:でんぷん、グルコーゲン、セルロースなど

 

脂質

トリグリセリド(中性脂肪、トリアシルグリセロール、一般的に脂肪)人体に最も多い脂質。

 

タンパク質

100~1万ほどのアミノ酸が結合してできたもの。アミノ酸が二つ以上結合してできたペプチド、アミノ酸10~100個繋がったものはポリペプチド

 

エネルギー変換とATP産生

体外から物質を取り入れ、分解しエネルギーを取り出すことを代謝metabolismといい、絶えず人体で行われている。取り出したエネルギーはそのまま使われるのではなく、一旦アデノシン三リン酸adenosine triphospahe(ATP)を作るのに使われる。ATPはエネルギー通貨である。エネルギーを取り出すためにATPからリン酸が一つ外れたものをadenosine diphoshate(ADP)二つ外れたものをadenosine monophoshate(AMP)

 

 

核酸とタンパク質の合成

核内のDNARNAを合わせて核酸と呼ぶ。

 

核酸

DNA:遺伝子が発言することにより身体的特徴が決定している。化学的にDNAデオキシリボ核酸deoxyribonucleic acid と呼ばれる物質である。DNAは塩基、糖(デオキシリボース)、リン酸で構成されたヌクレオチドと呼ばれる単位が繋がった鎖であり、通常は日本のDNAが反対向きになって二重らせん結合している。アデニン、グアニン、チミン、シトシンの4つの塩基があり、A=T,G=Cで結合している。塩基の並ぶ順を塩基配列といい、遺伝情報がコード化されている。

RNA:DNAと構造は似ているが、デオキシリボースに酸素原子が一つ結合したリボースで構成されているものがあり、RNAリボ核酸ribonucleic acidと呼ばれる。4つの塩基のうちRNATの代わりにUを持つ。DNAの情報を伝達する働きを持つmRNAとタンパク質合成の場となるリボソームを構成するrRNAアミノ酸を運搬するtRNA3種類がある。

 

タンパク質の合成

DNAの二重らせんの一部が開き、酵素が結合してDNA塩基配列に対応するmRNAが合成、mRNADNA塩基配列を写し取るとめ転写と呼ぶ。アミノ酸の並ぶ順番はmRNA3塩基が1組となり、1つのアミノ酸に対応する。mRNAからタンパク質合成される過程を翻訳という。

 

 

 

 

細胞膜の構造、機能

 

構造

細胞膜cell membraneを構成する主成分はリン脂質。親水性の部分と疎水性の部分があり親水性の部分が外側になった脂質二重層

細胞膜の役割は、細胞内外を隔てる仕切り。脂質二重層は水や電解質を透過しにくく、一部のホルモンなど脂溶性の物質を透過しやすい。水及び一部の脂質を透過させる膜を半透膜と呼ぶ。

 

細胞質のタンパク質の機能

輸送体:チャネル、ポンプ、担体

チャネル:膜貫通型のタンパク質の集合、中心部分に孔が開いている構造。必要時に開閉し物質を通す。Naチャネル、Ca,K,Clなど特定のイオンを通すイオンチャネルや、水を通す水チャネル。活動電位発生。

ポンプ:ATPを利用。電気的勾配あるいは濃度勾配に逆らって物質を輸送するシステム。細胞内にK+を取り込み、細胞外にNa+を排出するナトリウムポンプは細胞内のイオン成分と電位を一定保つために重要である。他にもカルシウムポンプ、胃酸分泌細胞のH+K+交換ポンプなど。

担体:ATP非消費で細胞内に取り込む際に働くタンパク質。グルコースを細胞内に取り込むグルコース輸送体glucose transporterの一つであるGLUT2が代表。ATP非消費なので輸送速度はチャネルよりはるかに遅い。

 

膜電位と細胞興奮

静止電位:細胞内にK+が多いが細胞外では少ない。そのためK+は能動勾配に従って細胞外に向かって流出する。正の電荷を持つ陽イオンであるK+が流出したため細胞内は細胞外よりも電気的に負となり、陽イオンの流出を引き止める力が発生。細胞に引き出す力(濃度勾配)と細胞内に引き戻す力(電気的勾配)がちょうど釣り合った状態(平衡状態)での電位は静止電位と呼ぶ。神経細胞の静止電位はおよそ-70~-60mV、骨格筋、心筋では-90~-80mVである。

活動電位:神経細胞や筋細胞を電気的に刺激すると、電気的に負になっていた細胞内の電位が上昇し、0に近づいていく。脱分極。膜の別分極がある一定のレベル閾値を超えると、チャネルは開き流入する。陽イオン流入によって膜電位は急激に脱分極し、瞬間的に細胞内は細胞外に対して正に帯電する。その後イオンの流入の再分極によって、膜電位は再び負になっていくが、一旦静止電位よりも負になりと後過分極となった後に静止電位に戻る。

急激な脱分極と、それに続く急激な再分極を示す膜電位変化を活動電位を言いその持続時間は1~5m秒である。活動電位の大きさは一定であり、閾値を超える刺激であれば刺激をそれ以上強くしても活動電位が大きくなることはない。つまり活動電位は発生するか発生しないかの2択。全か無かの法則all-or-none law 発動電位の発生している過程中は刺激を与えても反応しない不応期。神経線維の活動の過程及び、その電動速度は極めて大きいことから、電動していく活動電位を神経衝撃nerve impulse、インパルスと呼ぶ。

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