及び 構成分子との関係
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20063044 3年Cクラス4番 飯塚恵 目次 1．緒言 2．調査方法 3．調査結果 3．1 原核細胞と真核細胞について 3．1．1 原核細胞の組織 ・・・・・・ 3．1．2 真核細胞の組織 ・・・・・・ 3．2 細胞の基本構造 ・・・・・・ 3．3 動物細胞の組織 ・・・・・・ 3．4 植物細胞の組織 ・・・・・・ 3．5 細胞の機能 3．5．1 真核細胞【動物細胞・植物細胞共通の構造物】の機能 ・・・・・・ 3．5．2 真核細胞【動物細胞のみに存在する構造物】の機能 ・・・・・・ 3．6 生物体をつくっている細胞の働きについてのまとめ 3．6．1 核とその働き ・・・・・・ 3．6．2 細胞質とその働き ・・・・・・ 3．6．3 その他の構成要素 ・・・・・・ 3．7 細胞の分裂 3．7．1 原核細胞の分裂 ・・・・・・ 3．7．2 真核細胞の分裂 ・・・・・・ 3．7．2．1 有糸分裂 3．8 細胞組織を支える分子 3．8．1 分子の種類と構造 ・・・・・・ 3．8．1．1 タンパク質 ・・・・・・ 3．8．1．2 脂質 ・・・・・・ 3．8．1．3 核酸 ・・・・・・ 3．8．1．4 糖質 ・・・・・・ 3．8．2 タンパク質・脂質・糖質・無機物質の働き ・・・・・・ 3．9 細胞組織と分子との反応 ・・・・・・ 3．10 生命を促進する酵素について ・・・・・・ 3．11 ビタミン ・・・・・・ 4．考察 ・・・・・・ 5．結論 ・・・・・・ 6．参考文献 1. 緒言 地球上には数千万という生物が生きているが、それは原核生物という細菌類と、それ以外の真核生物の２グループから成る。３８億年前以上も前に現れた原核生物が全生命のルーツである。地球の先住者である原核生物は大腸菌、ぶどう球菌や藍藻などの光合成細菌を含む真正細菌と、通常の生物に耐えられない高温、強酸性などの苛酷な環境に生きる硫黄細菌や好熱菌などの古細菌からなる大きなグループで、遺伝情報を担う核酸は細胞内に存在している。他方、真核生物は、細菌以外の全ての生物を指し、核酸は核と呼ばれる小部屋に格納されていて、細胞自体も比較的大きくなっている。 生き物の最大の特徴は、外からのエネルギーを使って自身を保全する能力を自己保存能と子孫を作る能力、自己複製能とを有する。自己保存能と呼ばれるこの能力の中で最も単純なものの一つは、体内の化学反応を効率よく進めるための恒温動物の温度調節機構ですが、この機構はサーモスタッドと同じで、真似できるものである。他方、生殖細胞の分裂から新しく作られる生命体の個体こそが、精巧な機械にも真似できないものである。 生物は細胞を単位として構成されている。多細胞生物では、細胞が集まって組織を形成し、組織が集まって器官となっている。組織や器官の構成は、動物と植物で異なっている。 生命体を作る材料は、糖、脂質、タンパク質、核酸という、炭化水素を主体とする有機化合物です。全ての有機化合物の出発点は、光合成によって作られたブドウ糖で、他の有機化合物はこれを原料として作られる。生命の活動を支えるものには、主軸をなすタンパク質、ひとつひとつのタンパク質、筋肉を動かすタンパク質、細胞内の核酸、遺伝子情報、細胞内の触媒となる酵素など、あらゆる物質の集合と化学反応によって生命の維持を図っている。 本論文では、生命体の最小単位である細胞の構造、組織、機能、働きなどを細胞組織学と分子生物学を駆使して、動物看護学の細胞組織領域分野を系統的に纏め上げ、動物看護学の基本的学習と動物看護応用技術の参考資料に役立たせる効果を狙ったものである。 本論文の内容としては、まず 初めに、原核生物と真核生物とは何か、どこが違うのか、細胞の基本構造、動植物の細胞の特徴を組織学的に調べる。そして、細胞の研究にはどのような道具を使うのかを述べる。 次いで、細胞の機能を取り上げ、細胞内の核、核膜、ミトコンドリア、細胞質基質などの性質と機能について述べる。 第三に、生物体を作っている細胞の働きを特徴的に表に示して、生きていくための物質代謝を各細胞構成要素として記した。 第四には、細胞の分裂の種類と分裂原理を調査し、遺伝子保存原理を１部明らかにする。 第五には、細胞組織を支える分子について、それらの分子と構造、構成する細胞要素と分子との関係・対応などを明らかにする。 第六には、生命を促進する酵素について取り上げ、酵素の反応と特徴、及び、特にビタミンの種類や機能と役割を中心に調べて、食物、病理、衛生などの視点から考え纏めてみることにした。 最後には、生命体の細胞組織・構造・機能と構成分子との関連を、細胞と分子形成の全体的観点からの立場から考察を試みる。 そして、結論として 生命の基本の細胞と構成する物質との関係を細胞形成要素の視点から纏めてみた。 2. 調査方法 2.1. 調査研究の流れ 次のような調査・研究の流れで、生命体・個体の持つ細胞・組織構造・機能、酵素、遺伝子に関する生命と分子構造との関係を明らかにする。 問題の提起を行う ⇒ 予備調査 ⇒ 重要項目 ⇒ 本調査 ⇒ 分析・考察・提案 ⇒ 結論 ⇒ 動物看護職の基本と理念 2.2. 調査研究方法 @問題の提起、及び A予備調査の開始 下記のような具体的な問題を挙げて、その諸問題の発掘のために、本校図書館、平塚図書館、浦和中央図書館から、生物学、生命と生物、細胞の構造など、生命と細胞との関連の基本データの収集を行い、細胞組織と構成分子構造との関連の予備調査を開始する。 ・原核生物と真核生物の本質 ・細胞の基本 細胞の構造と組織 ・細胞内の核、細胞質基質 ・細胞の機能と働き ・細胞を支える構成分子とその構造 ・細胞の酵素の役割と働き及び機能 ・ビタミンの種類・化学式・働き B重要項目 及び C本調査 次のような重要事項の設定を行い、それら設定された項目の調査をインターネットを駆使して、また、公の図書館における書籍の文献を通して概観し、その基本的な知見を基にして、更なる次の詳細な本調査へと移っていく。 ・原核細胞と真核細胞の考え方 ・細胞の種類・基本構造・機能・働き ・細胞を支える分子の種類・構造 ・細胞の基本分裂の仕方 ・細胞と酵素の役割の原理 ・酵素の種類・構造・働き ビタミンの役割・働き 本調査では、細胞を支える分子と構造、特にアミノ酸、タンパク質、糖など生命細胞の支柱を探り、それらの構造と役割を明確にする。また、細胞の分裂、代謝や酵素、ビタミンの重要性について深く調査し、遺伝子の伝わりや酵素の役割、生体内の物質変換などを明らかにする。 2. 3 データ整理・解析・考察・結論 D分析・考察・提案 生命体の細胞の構造と構成する分子との関係、生命促進の酵素・ビタミンと細胞内の反応・代謝・役割を中心として、得られた種々の文献を項目別にデータ整理し、繰り返し再整理して、分析・解析・考察を展開していき、生命維持に関する１つの提案を行う予定である。 E最後の結論の項目で、これらの @ から D までの総括を行い、生命の基本である細胞と構成する物質との関連から、生命体は分子―細胞―器官―個 体―生態系という複数の階層構造からなることを明らかにする。 F更に、分子や細胞といったミクロの生命現象に限って考察していっているが、それらの繋がる先を見ると、細胞の生命活動は、動物看護職の基本と理念に到達できるものとの展望と期待をもつのである。 3. 調査結果 3.1 原核細胞と真核細胞について 生物をつくっている細胞は核膜で包まれた核を持たない単細胞【原核細胞】と、核膜で囲まれた核を持つ【真核細胞】にわけられる。 原核細胞と真核細胞の大きな違いは表１[○]が示すように、前者はオルガネラはないが後者はミトコンドリア、小胞体を有する。  3.1.1 原核細胞の組織 原核細胞からなる生物を【原核生物】とよび、細菌類やラン藻類などがこれらに含まれる。 また、染色体は細胞質中に広がっている。 「原」という漢字が使われていることからわかるように、原核細胞の歴史は古く35億年より以前から存在してしたと言われもうひとつの真核細胞と比べ原始型であるといえるようである。 その組織は細胞壁・細胞膜・細胞質・リボソームとこれまた単純かつ明快であるが、これらの細胞からなる細菌類が真核細胞と比べ生存力や適応力の面で決して劣っていないことは、下は氷点下、上は90℃という環境においても生息できることからも明白である。 3.1.2 真核細胞の組織 原核細胞と違い、染色体は核内に収められている。 真核細胞からなる生物を【真核生物】といい前述して原核生物を除くすべての生物がこちらに分類され、体制は単細胞・多細胞のどちらもとる。約15億年前に誕生したとされている 。真核細胞を形成しているうちのひとつの細胞質中には、ミトコンドリアや葉緑体などの膜構造をもつものがある。 これらは生物の種類によってさらに特徴的な構造が発達しているものが多く、このような細胞内の構造体はまとめて細胞器官、あるいは小器官という。また場合によっては、オルガネラと呼ばれる場合もある。 真核細胞は動物細胞と植物細胞のふたつに分類され、共通の構造物もあればそれぞれの細胞にしか存在しない構造物もあり複雑であるので、この件に関しては3.2の細胞の構造にて記述する。 3.2 細胞の基本構造 細胞の基本構造は図１に示すように、核、細胞質、その他から構成する。 そのうち核は核膜、染色体、染色質、核小体、細胞質はミトコンドリア、ゴルジ体、色素体、その他細胞膜などからなる。  先述したように真核細胞は動物細胞と植物細胞のふたつがあるが、これらふたつは共通する 構造物とそれぞれの細胞にしか存在しない構造物にわけられる。動物細胞にしかあるいは植物細胞にしか存在しないということは、これら構造物が私たち動物または植物を構成する上で重要だということである。 逆に動物細胞・植物細胞のどちらにも存在する構造物ということは、動物・植物にかかわらずもっと大きいくくり、つまり生体を構成する役割を担っているということではないだろうか。 これら共通の構造物とは核（核は核膜、染色体、染色質、核小体からなる）、細胞質（ ミトコンドリア・ゴルジ体・色素体など）、その他からなりここではこれらを細胞の基本構造と定義する。 真核細胞は、細胞質と核よりなり、外側は細胞質の一部である細胞膜により囲まれている。電子顕微鏡で観察すると、細胞質は透明な細胞質ゲル（基質）とよばれる部分の中に、ミトコンドリア、色素体（植物細胞のみ）などがみえる。 また、植物細胞では外側に細胞壁があり、成長したものでは中央に大きな液胞がある。[※] 3.3 動物細胞の組織  動物細胞は植物細胞と比べこれといった大きな特徴があるわけではないが、例えば中心体などは動物細胞では一般的に見られる 構造物である（植物細胞にもないわけではないが、動物細胞とは違い コケ、シダ、ソテツなどの特殊な細胞にしかみられない）。 中心体は円筒型をした2個の中心粒がたがいに直角になるように位置し、核の近くにある。細胞分裂時に分かれて両極へ移動し、 紡錘糸の起点となって核分裂を助ける。鞭毛の基部にある。 3.4 植物細胞の組織  植物細胞の特徴はなんと言っても、周囲を囲む細胞壁である。 細胞壁は細菌や植物細胞のまわりで、セルロースを主成分とし、さらにリグニンなどが沈着して堅くなっている。 またリグニンは材木を硬くしているので、工作物として利用するには便利な性質を持っている。 第二の特徴として植物細胞は緑色であることである。 この色は葉緑体、さらにいえばそこに含まれている葉緑素（クロロフィル）の色である。 ただし全てが緑色であるわけでなく、例えば根は緑色をしていない。 なぜなら植物細胞は日光が当たるとそれに応じて葉緑素ができるので、光の当たらない部分や、光を遮断して育てたものは白いわけである。 最後に第三の特徴として細胞の中央には液胞という大きな液体がある。 若い植物細胞にはこの液胞はなく老化するにつれ大きくなっていき、循環系をもたない植物では 老廃物を細胞の外に運び出しにくいので、このような形で細胞内に溜めてしまうのである。 ただし、この液胞を逆に自分のために活用している植物もあり、 例えば有毒な薬理作用を持つ物質をわざと液胞に溶かし込んでおけば、 葉を食べようとする動物や虫への防衛となるのである。 細胞の研究を行うには[★] 生物学の発展は顕微鏡の発展とともにあったといっても過言ないだろう。 光学顕微鏡は観察したい対象に光をあてて拡大するのに対し、 電子顕微鏡は光の代わりに電子を当てて拡大する。 光学顕微鏡は100ナノメートルほどのものまでしか観ることができず、 それ以上小さいもの（例としてウイルスなど）に関しては観察できない。 それに対して電子顕微鏡は、理論的には0.3ナノメートルの大きさまでもが観察することが可能である。 つまり光学顕微鏡では見ることのできない微細な対象を観察できるのが電子顕微鏡の最大の利点である。現在では、 尚、高分解能の電子顕微鏡を用いれば、原子レベルの大きさのものを観察（観測）可能である。 このように大変便利な電子顕微鏡ではあるが、高電圧の発生装置や真空ポンプ、顕微鏡自体は耐圧構造でなければならないなどであるため、 装置が大がかりになりがちで専用の部屋が必要なほどである。市販されている電子顕微鏡の価格も種類によって数千万円から数億円程度かかる。 3.5 細胞の機能 3.5.1 真核細胞【動物細胞・植物細胞共通の構造物】の機能 ●核 細胞には原則として1個の核が存在するが、哺乳類の赤血球では初めに核が存在し、ある時期に失われて無核となる。また、ネズミの肝細胞などでは2個以上の核が存在することがある。 核の形は球形か楕円体のものがふつうであるが、糸状、環状などの例外もある。大きさは、直径5〜25マイクロメートルのものが多い。(♪) 核は核膜・染色糸・染色質・核小体より成り立っている。 ・核膜 核の外側を囲んでいるのが、この核膜である。内外二層の膜より成り、ところどころ小さい穴があいている。この小孔を通って核と細胞質間で物質の交流が起こる。核膜の外側の幕にはリボソームが付着していることが多い。(♪) ・染色糸 DNAと塩基性タンパク質（ヒストン）の複合体が主成分で、塩基性でないタンパク質（非ヒストンタンパク質）や RNAも含まれている。DNAは遺伝子の本質であるから、染色体は遺伝子を担っていることにもなる。(♪) ・染色質 核を塩基性色素によって染色し、光学顕微鏡で観察すると、染色糸の集まった部分が塊状に染まってみえる。この部分を染色質という。(♪) ・核小体 仁ともいわれ、RNAとタンパク質が主成分である。電子顕微鏡では、リボソーム様の顆粒が集まって糸状に見える部分と不定形の基質によりなることがわかり、 核小体の外側に隔膜は見られない。核小体は、リボソーム形成に必要な原料を供給している。(♪) ●ミトコンドリア 酸素を用いて細胞呼吸の活動に必要なエネルギーを生産する働きを行う機能を持っていることがわかっている。ミトコンドリアが呼吸において吸収する酸素量は、細胞全体の吸収量に匹敵するといわれている。 ミトコンドリアは、細胞質内に存在する楕円体状・棒状・糸状などをした小体で、ふつう0.3〜0.8マイクロメートル×0.4〜3.0マイクロメートルの大きさである。代表的なミトコンドリアはソーセージのような外形をし、 外側にはミトコンドリア膜がある。特徴的なのは内側の膜で、この膜は内側に向かってひだ状に突出している。このひだをクリスタ（複数形はクリステ）といい、クリスタに囲まれた内部に基質がある。(♪) ●細胞質基質(★) 細胞質から核、小胞体、ゴルジ体、リソソーム、ミトコンドリア、細胞骨格、葉緑体などの細胞内小器官の除いた部分のことである。 細胞内小器官の配置、細胞間で伝達される信号の細胞内での転送の場となっている。 ●細胞膜(и) 外界と境界を膜で画することによって、単細胞生物は個体として独立した行動単位になり、多細胞生物では1つにまとまった機能単位になることが可能になる。また外界と物質やエネルギーの交換を行う場でもあるため、そのために細胞膜にはたんぱく質でできた種々のチャンネルや受容体(レセプター)があって、 物質を取り込んだり、ホルモンなどが受容体に結合することによってその情報を内部に伝えている。 ●小胞体 一重膜で扁平な袋状構造や管状構造をしており、細胞質内の物質移動路である。 リボソームの付着した粗面小胞体とリボソームの付着していない滑面小胞体とがあり、粗面小胞体は核膜とも連絡していることがある。タンパク質や脂質を運搬し、ゴルジ体とも連携して 細胞外に分泌する。[] ●ゴルジ体 1898年にゴルジ(C.Golgi)により発見された一重膜の細胞小器官で、扁平な袋が幾重にも重なり、袋の端からは小胞(ゴルジ小胞)が離脱し一部は細胞膜に融合し 内容物を分泌し、また、一部はリソソームとなって細胞内消化などの働きをする。ゴルジ体は膜流動により、生成されたタンパク質(酵素)などを加工選別して 小胞に入れ分離します。したがってゴルジ体は、肝細胞や消火腺、内分泌腺に多く含まれている。[] ●リボソーム 細胞質に遊離しているものと小胞体に付着しているものとがあるが、その機能はいずれもタンパク質の合成である。タンパク質の合成では、はじめにmRNA(伝令RNA)がリボソームに取り込まれる。ついでmRNAの塩基配列が 解読され(翻訳)され、その情報に従ってtRNA(運搬RNA)がアミノ酸を運び、アミノ酸どうしがペプチド結合してポリペプチド→タンパク質となる。[] ●リソソーム ゴルジ体から形成され、細胞質に散在する球形の小顆粒で、 1層の膜で囲まれていること、内部にタンパク質、核酸、炭水化物、脂質などを分解する酵素が含まれているのが特徴である。細胞の食作用により内部へ取り込まれた食胞は、リソソームと融合し、その中で食胞内の物質は消化されるという機能を持つ。(♪) ●細胞骨格 細胞内での各種膜系の変形・移動と細胞小器官の配置、また細胞分裂、筋収縮、繊毛運動などの際に起こる細胞自身の変形を行う重要な細胞小器官のうちのひとつである。[★] ●ペルオキシソーム 動物細胞においてのペルオキシソームはジカルボン酸などの代謝、コレステロール側鎖の分解による胆汁酸への変換などに関与している。 植物細胞では、ペルオキシソームの一種と考えられるグリオキシソームが脂肪性の発芽種子に存在し、脂肪の糖への変換を行っている。[○] 3.5.2 真核細胞【動物細胞のみに存在する構造物】の機能 ●中心体 細胞小器官のひとつ。ごく短い微小管から構成されており、 機能としては細胞分裂時に分かれて両極へ移動し、紡錘糸の起点となって核分裂を助ける。[★] ●分泌顆粒 中心体と同じく細胞内小器官のひとつ。顆粒内に蓄えられていた蛋白などが細胞外に大量に放出する。 3.5.3 真核細胞【植物細胞のみに存在する構造物】の機能 ●細胞壁 植物の細胞壁の主要構成成分は、セルロース、ヘミセルロース、リグニンの3つであり、 それらの割合はセルロース50%、ヘミセルロース及びリグニンがそれぞれ25%といったところである。また細胞壁には酵素が含まれているが、これらの酵素は主に細胞壁の構築や物質の取り込みに関係していることが知られている。[★] ●クロロプラスト[○]  光合成に関与するクロロプラストと呼ばれるオルガネラが存在していて、 外膜、内膜のふたつの膜によって囲まれている。 さらにクロロプラストはチラコイド小胞と呼ばれる、発達した内膜系をもつ。 この小胞は重なってグラナを形成している。内膜に囲まれ、チラコイドやグラナを除くスペースのことをストローマと呼んでいる。 クロロプライトは光をとらえて緑化するクロロフィルAを含み、光合成の中心的な役割を果たしている。また外膜、内膜および膜間のスペースは、代謝物やイオンの動きに対して選択的なバリアを形成している。 ●液胞 浸透圧の調整・不要物の貯蔵や分解などが主な機能である。[★] ●葉緑体 葉緑体の機能はなんといっても光合成である。光合成とは炭酸同化作用のひとつで、太陽光を用いて 光合成を行うことができるのはクロロフィルを持つ緑色粧物と、バクテリオクロロフィルを持つ光合成細菌である。 これらの生物は炭素源として  を用い、水素源としては や などを用いて、
炭水化物であるグルコースを作り出す。また、緑色植物ではグルコースのほかに酸素と水が、光合成細菌では水と硫黄などが生成される。[]●色素体 プラスチドとも呼ばれる。二重の単位膜に包まれている粒状体で、以下の3種がある。 @葉緑体…前項目参照のこと A有色体…有色の花・根・果実などの細胞に含まれる。 B白色体…無色細胞中にある。貯蔵デンプンを合成・貯蔵するものと、光を受けて葉緑体に変化するものとがある。[ω] 3.6 生物体をつくっている細胞の働きについてのまとめ 3.6.1 核とその働き[ω] 核は、その中に含んでいる遺伝子(DNA)のはたらきによって、細胞の 形質を決めたり、細胞全体の生命活動の総司令部として、 各細胞小器官の働きを統制したりしている。 また次世代に形質を伝える働きもある。 表3-2に核膜、核液、核小体、染色体の各働きと性質を示す。
3.6.2 細胞質とその働き[ω] 細胞が生きていくためには、絶えず生活に必要な物質を合成したり、 物質を分解してエネルギーを取り出したりしなければならない。 細胞質はそのような活動の場であり、各種の細胞小器官が分担してそれを行っている。 表3-3では各細胞小器官の働きと性質を示す。
3.6.3 その他の構成要素[ω] 細胞には、核や細胞質のほかに細胞壁や液胞があり、 細胞が生きていく上で重要な働きをしている。 また、これらのほかに、各種の貯蔵物質や排出物なども細胞内に見られる。 表3-4では、これらその他の構成要素の働きと性質について記す。
3.7 細胞の分裂 細胞分裂には様々な種類があり、まず正常な真核細胞が行う細胞分裂で、分裂のときに太く短い染色体や 紡錘糸が現れる有糸分裂と、分裂のときに染色体や紡錘糸が現れず、直接くびれてきれる無糸分裂のふたつにわけられる。 さらに有糸分裂にはふたつの種類があり、体細胞分裂と減数分裂にわけられる。 このように細胞分裂と一言にいっても種類は様々であるため、ここからは先はひとつひとつ具体例を挙げて説明をする。 3.7.1 原核細胞の分裂 原核細胞の分裂を図3−5に模式的に示す。 （ここに図3-5） 物質の合成によって細胞容積が増大し、元のほぼ2倍に達したとき、長軸のほぼ中央部分にくびれが入りニ分裂する。 そのとき、DNAの複製につづく核様体分裂がまず起こり、細胞の分裂もこれに続く。 しかしDNA複製は連続的で、真核細胞にみられるように細胞分裂とDNA複製開始の間に切れ目が入らない。 分裂を終えた娘細胞は、核様体は細胞内を大きくうなる糸束のような構造をとる。 3.7.2 真核細胞の分裂 真核細胞は、原核細胞とは違った大きな特色をもっている。 ひとつは、真核染色体が原核染色体に比べて、きわめて大きいということである。 たとえば、真核生物界でも最も原始的であるといわれている酵母細胞でも、非常によく進化している 大腸菌の数倍量のDNAを含んでいる。もうひとつは、原核染色体が単一のDNA分子であるのに対して、真核染色体は いくらかに分断されていることである。 たとえばヒトの体細胞では、父方からきた23個と母方からきた23個を合わせた46個の染色体に分かれている。 3.7.2.1 有糸分裂 正常な真核細胞が行う細胞分裂で、分裂のときに太く短い染色体や紡錘糸が現れる。 この有糸分裂には（1）体細胞分裂と（2）減数分裂がある。体細胞分裂では、分裂した細胞が ふたたび細胞周期をたどることによって、同じ核相を持った細胞が増加する。 これに対して減数分裂では、分裂準備期の終わりが分岐点となって細胞周期からはずれて分裂が進む。 そのため、減数分裂で生じた娘細胞(生殖細胞)がふたたび細胞周期にもどることはない。[ω] （1）体細胞分裂[ω] 体細胞分裂を図3-6に模式的に示す。 （ここに図3-6）[ω] 体細胞分裂は連続した不可逆な変化で、分裂に先立つ間期で準備を行い、核分裂が起こり細胞分裂が続く。 @間期 細胞分裂を繰り返す時、核分裂が終って次の核分裂が始まるまでの 時期を間期という。間期は細胞分裂の準備の時期で、核内で染色体の複製が行われる ほか、細胞内で分裂に必要な物質が合成される。 A核分裂 核分裂の過程は、前期・中期・後期・終期の以下4つの時期に分けられる。 T.前期…体の中にある糸状の染色体が、太くて短いひも状の染色体になる。 染色体は周期に複製されており、前期には縦裂したそれぞれの染色体は 平行する2本の染色分体よりなる。前期の終わりに、核膜と核小体は見えなくなる。 U.中期…染色体が赤道面に並び、それぞれの染色体の動原体に紡錘糸が付着する。 V.後期…染色分体が縦の割れ目から2つに分かれて娘染色体となり、 紡錘糸に引かれて両極へ移動する。 W.終期 このとき細胞質分裂が始まるが、そのようすは動物細胞と植物細胞で次のように異なる。 動物細胞…赤道面上の細胞表面の細胞膜にくびれが生じ、細胞質が2分する。 植物細胞…紡錘体の中央に細胞板とよばれるしきりができて細胞質が2分する。 （2）減数分裂[ω] 減数分裂を図3-7に模式的に示す。 （ここに図3-7）[ω] 減数分裂とは、配偶子が形成されるときに、配偶子の染色体数が体細胞の染色体数の半分になる細胞分裂のことである。 減数分裂は、染色体数が半分になる第一分裂と、染色体数が変化せず体細胞分裂と同じ形式で進行する第二分裂の 2回の分裂が連続して起こり、染色体数2nの母細胞1個から、染色体数nの生殖細胞4個ができる。 尚第一分裂と第二分裂の間に、間期はない。 減数分裂の第一分裂前期で生じる二価染色体は、2本の相同染色体が対合したものである。 また、第一分裂のそれぞれの染色体は、2本の染色分体からなるので、二価染色体は合計4本の染色分体からできている。 以上、体細胞分裂と減数分裂について述べたが、これらの違いを比較したものを表５に示す。
3.8 細胞組織を支える分子 3.8.1 分子の種類と構造 真核細胞内には核、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体、リソソーム、葉緑体などの多くの膜で囲まれた構造体が 存在していることはこれまでにすでに述べたことではあるが、これらの 細胞内構造体は細胞のなかで行われている化学反応の場であるということができ、脂質、タンパク質、糖質などの 高分子化学物でできた膜構造によって囲まれている。そして、膜構造の内側にはタンパク質、糖質、ビタミン類、無機イオンなどのいろいろな物質が存在している。 特に、核やミトコンドリアの内部にはこれらの物質のほかに核酸が存在している。 タンパク質、糖質、脂質などの生体物質の多くはさらに集まって会合体を形づくっていて、分子量が大きいことから生体高分子ともよばれている。 細胞の内部には、 これら高分子物質のほかに低分子量のビタミン、無機イオン、有機化合物や無機化合物も存在している。 ここで忘れてはならないもう1つの重要な生体物質として、水の存在がある。水は、いろいろな生体物質を溶解したり懸濁して 各物質の構造を安定化して機能を発言するのに重要な役割を果たしている。 このような細胞を構成している化学物質を生体物質とよんでいる。これらの物質によって細胞内の化学反応や自己の複製などが行われ、 その作業場所ともいうべき細胞質を構成する物質についての 詳細を以下に記す。[15] 3.8.1.1 タンパク質 まずタンパク質は英語でproteinといい、これには“第一人者”という意味が含まれている。 つまり、タンパク質は生命にとって第一義的に重要であることを示している。 細胞に含まれる有機物質の70パーセントがタンパク質が占めているといえば、 皆が理解できるところであろう。[〒] タンパク質は、α、L-アミノ酸が多数結合してできた高分子で、 アミノ酸の種類は約20種である。タンパク質分子内では、 一つのアミノ酸のカルボキシル基（-COOH）と他のアミノ酸のアミノ基（-  ）との間で
脱水が起こり、ペプチド結合がつくられている。
このペプチド結合が繰り返して生じたポリペプチドが、すべてのタンパク質の骨格をつくる構造となっている。以上、タンパク質がアミノ酸の配列に応じて立体構造をつくるのは先ほど述べたばかりであるが、 それぞれが特異な機能を発揮しているのが大きな特徴である。以下に、その立体構造について（一次〜四次構造）について述べる。 （1）一次構造…タンパク質のアミノ酸配列のこと。アミノ酸をペプチド結合でつないでいくと、 一方の端にペプチド結合に関与しないαアミノ基が、他方の端にαカルボキシル基が残る。 アミノ基をもつ末端をアミノ末端またはN末端、カルボキシル基をもつ 末端をカルボキシル末端またはC末端という。 普通、アミノ酸配列を書くときには左にN末端、右側にC末端を書く。[и] （2）二次構造…一般にタンパク質は、インスリンに比べると数倍から十数倍ものアミノ酸残基より組み立てられいる。 アミノ酸が何百残基結合していてもタンパク質の立体構造は安定に保たれ、 活性なタンパク質分子を形成している。それはペプチド鎖が安定な構造の形成に関わっているからである。 ペプチド鎖は長軸に沿ってゆるくらせん構造をしており、そのさせんはアミノ酸残基ごとに1回転している。 このような構造をαへリックスと呼ぶ。 αへリックスを作っているペプチドの主鎖からＲ基はらせんの外側に突き出ており、 ペプチド結合をしているアミノ酸のアミノ基に結合している水素は、らせんを構成している 4アミノ酸残基先に存在するペプチド結合をしているカルボニル基の酸素との間で、 水素結合を形成している。それ故ペプチドでは、主鎖を形成しているらせんは、 長軸に沿ってそれと平行な水素結合を次々と形成している。 一方、ポリペプチド鎖はそれと平行して存在するもう一本のポリペプチド鎖との間でも 水素結合を作る。他のペプチドは同一ペプチドの一部分であることもあるし、 他のポリペプチドの分子であることもある。このような構造をβシータ構造と呼んでいる。 水素結合にあずかるグループは一方のポリペプチド鎖のあるアミノ酸のカルボキシル基と 他のポリペプチド鎖のあるアミノ酸のアミノ基である。 R基が大きい場合や電荷をもっている場合にはβ構造はわかりにくい。 このように分子の内部で水素結合を作ってできる構造をタンパク質の 二次構造とよぶ。ポリペプチドが繊維状に伸びた領域でよく観察される。 水素結合1個ずつは弱い結合であるが、多数の水素結合が存在することにより、 ポリペプチド鎖の立体構造は安定に保たれる。(9) (ここの二次構造の図) （3）三次構造…タンパク質分子には繊維状の構造をしているものと球状の構造をしているものとが存在している。 代表的な繊維状タンパク質に絹やウールを作っているタンパク質がある。 繊維状タンパク質のペプチド鎖はαへリックス構造をとっているわけではなく、 折れ曲がり構造をしているのである。 折れ曲がりを生ずる箇所にはαへリックスを形成しにくいアミノ酸が配列しているからである。 それらのアミノ酸はプロリン、セリン、イソロイシンなどである。 タンパク質が球状を形成しているのは、ペプチド主鎖が一つの軸に沿ってできているのではなく、 不規則に折り曲げられてほぼ球状になっているのである。 代表的な球状タンパク質にミオグロビンがある。このように複雑な立体構造をもつ タンパク質の構造を三次構造とよんでいる。ミオグロビン分子の特徴を列記してみると、 @アミノ酸残基の極性のR基はすべての分子の外側にある。 A疎水性アミノ酸のR基はすべて分子の内部にある。 Bαへリックスを作っている部分が8箇所存在している。 Cペプチド鎖の折れ曲がりの部位にプロリン、セリン、イソロイシンなどのαへリックスを形成しないアミノ酸が存在している。 D生物の種類によりアミノ酸の組成は多少異なるが、ミオグロビン分子の三次構造にそれほど変化はない。 ミオグロビン分子のように、酸素を運搬するような重要な機能を有するタンパク質は、 生物の種類如何に関わらず、また二、三のアミノ酸組成の変化があっても、 タンパク質の立体構造は保持されている。ミオグロビン分子にはβシート構造は存在していないが、 多くの酵素タンパク質にはαへリックスとともにβシート構造も存在している。(9) (ここの三次構造の図) （4）四次構造…球状タンパク質の中には、三次構造を有するポリペプチドが2個あるいはそれ以上会合して はじめて活性を示すものも多い。このような構造を四次構造といい、 個々のポリペプチドをサブユニットとよぶ。会合するポリペプチドが同一のものもあるし、異なるものもある。 代表的な四次構造をもつタンパク質にヘモグロビンがある。ヘモグロビンは2本のα鎖と2本のβ鎖とからなる 四量体である。α鎖は141アミノ酸残基からなり、β鎖は146酸残基からなっている。 α鎖とβ鎖もそれぞれ1個ずつのヘムを有しており、三次構造も比較的類似している。(9) (ここの四次構造の図) このようにタンパク質には一次から四次までの構造があるが、それらの中で最も重要なのは一次構造、つまりアミノ酸の配列順序である。 一次構造が決まると、二次以上の構造もほぼ決定される。 細胞内で合成されるタンパク質の一次構造は、DNAのもつ遺伝情報（DNA分子内の塩基配列）によって決定される。 3.8.1.2 脂質[〒] 有機物質の70パーセントがタンパク質であるとはすでに述べたとおりであるが、 その次に12パーセントを占めるのが脂質である。 脂質特性は以下のようになっている。 （1）水には不溶であるが、エーテルやクロロホルムのようないわゆる有機溶剤にはよく溶ける。 （2）加水分裂によって脂肪酸を生成する。 （3）細胞の生命活動において、脂などの混じったいわば脂質とタンパク質の混合物で、 水溶性ではない。ところが、石鹸によって水溶性にすることができる。 脂質と一概にいっても様々な種類があり、それらは以下のように分けられる。 @単純脂質 脂肪酸と各種アルコールが脱水縮合したエステルをいう。 これは、次のAで述べる複合脂質と対語である。 中性脂肪：3分子の脂肪酸とグリセロール（グリセリンともいう）とのエステル 蝋：長鎖の脂肪酸と長鎖のアルコールのエステル コレステロールエステル：脂肪酸とコレステロールのエステル A複合脂質 分子中にリン、硫黄、タンパク質、あるいは糖を含む脂質をいう リン脂質：細胞質とリン酸を分子内にもつ脂質で、窒素化合物を含んでいるものが多い 糖脂質：脂質と糖のエステルで、窒素化合物を含んでいるもの リポタンパク質：脂質とタンパク質の複合体 B誘導脂質 脂質を加水分解したときに生ずる脂溶性の成分のことをいう。 さらにここからは以上に述べた中性脂肪、リン脂質についての詳細である。 ●中性脂肪 脂質の中でもっとも生体内に含まれるものが中性脂肪であり、 単に脂質といえばこれを指す。 化学構造を見ると、グリセロールと三つの脂肪酸とのエステルであるが、 これらの脂肪酸は同種のこともある反面で、異種のこともある。 中性脂肪は構成脂肪酸が飽和脂肪酸であるときには白色の固状であるが、 不飽和脂肪酸であれば液状になる。たとえば、オリーブ脂はすべての脂肪酸がオレイン酸である。 ●リン脂質 リン脂質は、分類的には複合脂質に属し、第一位および第二位の炭素原子に 結合した脂肪酸のほかに、第三位の炭素にリン酸が結合し、エステルを形成している。 リン脂質の脂肪酸の炭素は一般に16あるいは18であるが、グリセロールの第一位の炭素には飽和脂肪酸、第二位の炭素には 不飽和脂肪酸がつく。 3.8.1.3 核酸 塩基と糖、リン酸からなるヌクレオチドがリン酸エステル結合で連なった生体高分子。糖の違いによって、 2-デオキシリボースを持つデオキシリボ核酸 (DNA) と 、リボースを持つ リボ核酸 (RNA) とがある。糖の 1'位には塩基（核酸塩基）が結合している。 さらに糖の 3'位と隣の糖の 5'位はリン酸エステル構造で結合しており、その結合が繰り返されて長い鎖状になる。転写や翻訳は 5'位から 3'位への方向へ進む。 なお、糖鎖の両端のうち、5'にリン酸が結合して切れている側のほうを 5'末端、反対側を 3'末端と呼んで区別する。[★] 3.8.1.4 糖質(15) 糖質とはグルコース(ブドウ糖)、スクロース(ショ糖)、グリコーゲン、デンプン、セルロースなどの化合物の総称であり、 有機物としては最も多量に自然界に存在している。 糖質の多くは炭素、水素、酸素を構成元素として、一般式がCx(H2O)yで表すことができる一群の化合物で、 分子内に水酸基(-OH)とアルデヒド基(-CHO)、またはケトン体(-CO)をもっている。 したがって、炭水化物とよばれることもある。 このような糖質は、エネルギー貯蔵物質、代謝の中間産物をはじめ、糖タンパク質、 糖脂質、核酸などの複合体を形成して生体内の重要な構成成分となっている。 （1）単糖、グルコース(15) 単糖は糖質の基本単位で、分子内に含まれる炭素原子数とカルボニル基の構造によって大別されている。 生体内には炭素数が3個から7個までの単糖が存在し、それぞれトリオース(三炭糖)、テトロース(四炭糖)、ペントース(五炭糖)、 ヘキソース(六炭糖)、ヘプトース(七炭糖)とよんでいる。一般に単糖は、アルコール性水酸基(-OH)とアルデヒド基(-CHO)を有しているのが特徴だが、 アルデヒド基のかわりにケト基(=CO)をもつ単糖も存在し、前者をアルドース、後者をケトースとよんでいる。 アルドースとして最もなじみのある単糖はグルコース(ブドウ糖)である。 グルコースは6個の炭素からなることから、ヘキソース(六炭糖)の1種に分類される。 炭素原子6個のうち、  と 以外の炭素原子には、結合している4つの官能基がすべて異なっていることから
このような炭素原子は不斉炭素とよばれる。したがって糖鎖には光学異性体が存在し、
そのひとつにD型、L型異性体がある。D型異性体は、アルデヒド基から最も遠い不斉炭素( )に結合した
アルコール性水酸基(-OH)が右側に位置する構造体と決められ、
左側に位置する構造体をL型とよんでいる。生体にとって重要な糖鎖の大部分はD型である。グルコースは、水中では大部分が環状構造をとる場合が多くＫのような六員環構造をピラノース型と呼んでいる。このとき1位の炭素原子(C1)に結合している水酸基(-OH)の位置関係に よって2種類の立体異性体があり、一方をα型、他方をβ型とよんでいる。 ケトースの代表的なものが大変甘い味のする果糖(フルクトース)である。 フルクトースは  位にケトン基が結合していることから、水中で環状構造をとるときにフラノースとよばれる
五員環構造をとる。リボースとデオキシリボースも核酸の構造成分として非常に重要な五員環構造をした五炭糖である。
リボースはRNAの構成成分である。一方デオキシリボースはDNAの構成成分でリボースの位の-OHが-Hになっていて、O原子がない
(デオキシとよぶ)リボースという意味である。（2）二糖類(15) 水あめに含まれている糖は、マルトース(麦芽糖)とよばれている。マルトースは、グルコースの 炭素に結合する水酸基(ヒドロキシル基)ともう一方のグルコースの
 炭素に結合する水酸基が脱水縮合してつながっ化合物で、グルコースα1→4グルコースとよばれる二糖である。
この結合に使われるグルコースの炭素に結合した水酸基は、グルコースの、 、、位に
結合した水酸基とは性質が異なっている。すなわち、位の水酸基はアルデヒドとしての性質を残していることから
アルデヒド性水酸基(還元性の水酸基)とよばれ、位の水酸基を介した結合をグリコシド結合とよんでいる。砂糖は通常はスクロース(ショ糖)とよばれている。すなわち、砂糖はグルコースの 炭素に結合する水酸基(ヒドロキシル基)と
フルクトースの炭素に結合する水酸基が脱水縮合してつながったもので、グルコースα1→2βフルクトースと呼ばれる二糖である。このほかにも二糖としては、母乳に大量に含まれるラクトース(乳糖、ガラクトースβ1→4グルコース)などが有名である。 （3）多糖類(15) 多糖とは、単糖分子がグリコシド結合によって 多数重合した糖のことである。 構成単位となる単糖とは異なる性質を示す。 一般に親水性であり水を吸着しやすいが、 物性は様々であり水に不溶性のもの( セルロース、キチンなど)と可溶性のもの (デンプン、グリコーゲン、アガロース、ペクチンなど) がある。水中でゲルを作りやすいものが多く、 食品または食品添加物(増粘安定剤)として用いられる。 いずれも生物による生合成産物として得られ、 細胞壁や外骨格(植物のセルロースやペクチン、 節足動物や菌類のキチン、藻類のアガロースや カラギーナン)、エネルギー貯蔵物質 (デンプン、グリコーゲン)、あるいは微生物が 分泌するゲル状物質(キサンタンガム)などとして存在する。 （4）複合糖鎖(15) 高等生物にはタンパク質や脂質に糖鎖が共有結合した化合物が多数存在し、それぞれ糖タンパク質、 糖脂質とよばれ、総称して複合糖鎖分子とよんでいる。 たとえばタンパク質の場合、すべてのタンパク質種のうち約85パーセント以上は糖鎖が 結合した糖タンパク質であると推定され、その大部分は細胞膜に結合して細胞内外の物質の情報の 伝達にかかわるとともに、分泌されるタンパク質の多くのものも糖鎖が結合し、タンパク質としての安定性や局在性を決定するのにかかわっている。 一方、脂質に糖鎖の結合した糖脂質も、その多くは細胞膜の外側表層に存在している情報伝達のためのアンテナ分子としての役割を果たしている。 よく知られたABO式の血液型を決めている物質も赤血球の細胞膜表面に存在する糖脂質分子である。 3.8.1.5 無機物質 これまで述べてきた有機物質と相反するものがこの無機物質である。 無機物質とは、身体を構成している元素のうち、 水素(H)、炭素(C)、窒素(N)、酸素(O)の 4元素以外の元素の総称をいい、 またミネラルともいわれる。[■] 有機物質が船体成分の98%を占めているのに大使、無機物質は2％に過ぎない。 ただし、タンパク質などに含まれる窒素は無機質に入るが、それだけで1％に達するので、純然たる 無機質は総じても1%にしかならない。[〒] 3.8.2 タンパク質・脂質・糖質・無機物質の働き ●タンパク質[□] 必須アミノ酸の働きは以下のとおりである。 ・イソロイシン-成長促進・肝機能を高める・神経系の働きを高める・血管を拡張する ・ロイシン-肝機能を高める ・リジン-成長促進・肝機能を高める・集中力を高める ・ヒスチジン-成長促進・ストレス予防・性的興味を高める(子供は体内で充分な量を合成できないため必要とされている) ・バリン-成長促進・血液中の窒素バランスを保つ ・トリプトファン-うつ病改善・睡眠障害改善・痛みを和らげる ・スレオニン-成長促進・肝臓へ脂肪が蓄積するのを予防する ・フェニルアラニン-脳の働きを高める・血圧上昇・うつ病改善 ・メチオニン-傷の改善・うつ病改善 ●脂質 身体を形作っている細胞膜の構成成分で、ある種のビタミンやホルモンも脂質が生成し、 身体の機能や生理作用なども一定に保つ働きをする。また貯蔵脂肪として、 エネルギーの貯蔵にも役立っている。ただし、脂質をとりすぎると 血液中に脂質が過剰に増え、血管壁に脂質が分解されずに残ることになり、 高脂血症といった疾病を引き起こすので注意が必要である。 ●核酸[∵] 核酸は成長期を過ぎると肝臓で合成する能力は衰え、細胞分裂のスピードダウンし、不完全な細胞（悪性細胞）がつくられていく。そのため、減少分の核酸を補うことが必要となる。 ・新陳代謝の促進 核酸は成人の脳神経細胞などを除き、ほとんどの細胞は平均１２０〜２００日で入れ替わるが、皮膚は２０日間、精子は３〜１０日間、小腸では毎日３０ｇの細胞が新たに生まれ変わる｡ また積極的に核酸を補うことで、女性はシミ、シワといった肌の老化を遅らせることができる。 ・血流改善（冷性改善） 核酸（ＤＮＡ）を構成する成分のひとつアデノシンには、強力な末梢血管拡張作用があるので血流が増加を期待できる。またアデノシンも胃腸の血流量を増すため消化力もアップも期待できる。 ・抗酸化作用（老化や成人病に効果） 核酸には、活性酸素による損傷によって発生する遺伝子情報の過誤を防ぐ働きがある。 ・脂質の吸収促進（ダイエット効果と生活習慣病予防） 核酸の新陳代謝を促進効果により、体内のエネルギー代謝（カロリー消費）を促すことによりダイエット効果が現われる。また、アデノシンには糖の分解を遅延する働きが、さらにプロタミンの脂肪の吸収遅延効果による、ダブル効果がダイエットに効果的に働く。また、核酸を摂ると結果的に不飽和脂肪酸が増え、血液がサラサラになることが判明している。核酸は生活習慣病の予防にも欠かせないものである。 ・認知症の防止 核酸の持つ抗酸化作用と末梢血管拡張作用が認知症の防止に役立つ。認知症にはアルツハイマー型と脳血管性のものがあるが、アルツハイマー型はリポフィスチンという物質が脳内に蓄積されることが原因と考えられ、リポフィスチンが溜まると記憶力が弱まることが研究で確認されている。また、脳血管性の痴呆症は脳の血流が悪くなるために起こるため、核酸成分のアデノシンが末梢血管を拡張することにより、効果があると言われている。 ・タンパク質の合成 タンパク質は、ＤＮＡの指令によって、ＲＮＡ（リポ核酸）がアミノ酸を組み合わせてつくられるが、アミノ酸の組み合わせがひとつでも違うと不完全なタンパク質となって本来の機能が働かなくなったり、正常な細胞機能としの働きをせず、悪性化の方向（ガン化）に向う。 ●糖質 体内に入ると最小単位の単糖に分解、小腸で吸収、 肝臓でブドウ糖に変換されて、血液により細胞に運ばれてエネルギー源となる。 また脳や神経系のエネルギー源でもあるので、不足すると頭の働きが鈍くなったりばてやすくなる。 糖質も過剰に摂取することで体脂肪として貯蔵されてしまうので、注意が必要である。不足すると、 体内のタンパク質や体脂肪を分解してエネルギーにする。(＃) ●無機物質 カルシウムとりんは骨の構成成分となり、鉄は血液の成分として酸素の運搬に 関わっている。カリウムやナトリウムは陽イオンとなって体液の調節を担っている。 その他の元素は、酸素の要素などとして働く。 無機物質の中で不足しやすいものはカルシウムと鉄である。 特に成長期にカルシウムの摂取が不足すると、高齢期になって骨がもろくなったり 骨粗鬆症にかかりやすくなる。また逆にリンは過剰に摂取することで カルシウムの必要量が増えるため、注意が必要である。(□) 3.9 細胞組織と分子との対応 細胞組織は様々な分子から構成されている。ここでは植物細胞、動物細胞のどちらにも 存在している核・ミトコンドリア・ゴルジ体・染色体を、生体を構成する上で非常に重要な構造物と 考え分子との対応について述べる。 ●核 ●ミトコンドリア ●ゴルジ体 ●染色体 3.10 生命を促進する酵素について[★][☆] 酵素とは生体で起こる化学反応を触媒する物質のことで、 現在人間の体内には3000種類以上の酵素がすでに発見されており、 まだ2000種類は存在すると言われている。 化学反応とは例えば生物が物質を消化する段階から吸収・輸送・代謝・排泄にいたるまで のあらゆる過程に関与することで、人間に限らず植物・動物・微生物などすべての生体が 物質を変化させて利用するのに欠かすことができない。 それはつまり酵素がなければ我々は生存することができないのである。 消化吸収も栄養の貯蔵もできない、筋肉は動かない、脳も正常に動かない。 解毒作用も酵素なしには行われることはないので、老廃物や異物は体内にたまる一方である。 では酵素がないとまでは言わず、不足という段階ではどうか？酵素が不足すると食品が体内に入ったときに エネルギーに変換されず脂肪となり、やはり排泄も円滑に機能しないために老廃物がたまることになり、これは肥満を誘引する。 逆をいえば酸素が充分満たされていれば、食品が体内に入ったときにスムーズにエネルギーに変換され排出されるので、 肥満になることはないといえる。 現在健康食品として酵素は注目を集めているが、もともと酵素は人間が口にするあらゆる食物の中に豊富に存在している。 したがって、本来なら食事をしていれば健康食品に頼る必要ないはずであるが、 それにもかかわらず現代人は食物酵素が極端に不足し、それが体に負担をかけ様々な病気の原因を作っているのである。 3.11 ビタミン 生物はその生命活動を支えるためのエネルギー源 および炭素源として、多量の糖質、脂質、およびタンパク質を 消費し、またそれにそなえて蓄積もしている、 これらの多量栄養素に加えて代謝をなめらかに動かすための 微量栄養素も重要な働きを担っており、 ビタミンもその種の成分のひとつである。 光合成や化合合成を行う独立栄養生物はビタミンも自身で 合成できるが、動物など従属栄養生物はその能力が ないので外部から摂取しなければならない。 ビタミンの存在はすでに17世紀ごろには知られていたというが、 現在ビタミン研究は大いに進み20種類以上のビタミンが発見され、 その過程でアミノ酸ではないビタミンも見つかり、 vitamineから"e"を除いてvitaminと改名した。 ビタミン名は本来、それを欠くとヒトや動物に特徴的な 欠乏症を引き起こす物質に与えられたものである。 しかしその後の研究によって、欠乏症を起こしにくいが 微生物の発育因子の研究が明らかになったビタミンも多く、 現在はすべてが単離され、化学構造も解明されている。 ビタミンはその溶解性から、水溶性ビタミンと脂溶性 (油によく溶け水に溶けない性質)ビタミンの二つに大きく分けられる。(〒) ●水溶性ビタミン 水溶性ビタミンにはビタミンB群とビタミンCがある。 (1)ビタミン  糖質が分解されエネルギーに変わるとき酵素が働くが、 酵素には補酵素が必要でビタミン はこの補酵素の働きをするビタミンである。
具体的にいうと炭水化物の代謝・アルコールの分解という働き
を持ち、不足により糖質の分解がうまくできず
乳酸などの疲労物質が溜まり疲れやすくなる。
さらに不足が進むと精神の不安定・記憶力の低下、
脚気につながる。ビタミン は米や小麦などに多く含まれてはいるが、
水溶性ビタミンのため水に溶けやすく熱によって
破壊されやすいので、調理によりかなり損失されるので注意が必要である。
ビタミンの摂り過ぎによる害はみられないが
貯めておくこともできないので必要量の確保が必要となる。[☆](2)ビタミン  ウナギ・レバーなどに多く含まれ、新陳代謝・ 脂肪の代謝・糖質の代謝・発育という働きを持つ。 口唇炎・口角炎・角膜炎・脂漏性皮膚炎・肥満などが 不足すると見られる。[]また過酸化脂質を分解し 生活習慣病予防にも役立っている。[☆] (3)ナイアシン 糖質・脂質・蛋白質の代謝に不可欠なビタミンで、 ビタミン  とも呼ばれる。
ナイアシンの働きは糖質・質・蛋白質の代謝で、不足すると口舌炎・胃腸病・皮膚炎・神経症状、
特に有名な「ペラグラ」と呼ばれる皮膚病が引き起こされる
ただし日本の通常の食事では欠乏はみられない。ナイアシンはアルコールとも関係がありアセトアルデヒドを 分解し、飲むほどにナイアシンが使われてしまう。 またナイアシンは糖尿病と関係が深くインスリンの合成と 関係するのだが、大量摂取が糖質の処理能力を妨げるともいわれている。[☆] (4)ビタミン  蛋白質の代謝と関係するビタミンで、 蛋白質の量がますほど必要量が増す。 蛋白質はいったんアミノ酸に分解され体内に必要な 蛋白質に再合成されるが、このとき働くのがビタミン である。
また脂質代謝にも関係しリノール酸やリノレン酸を
細胞膜に必要なアラキドン酸に変える、
それ以外にも赤血球のヘモグロビンの合成、免疫機能を正常にするための働きを持っている。
欠乏すると皮膚炎や貧血、成長障害をきたすが
腸内細菌によって合成されることもあり欠乏症の心配は通常の
食事では心配する必要はない。[☆](5)ビタミン  体の中で最も少ないビタミンで、 コバルト原子を含むために「赤いビタミン」と呼ばれている。 ビタミン は次の葉酸と協力して
赤血球のヘモグロビンの合成を助け悪性貧血を予防する。
また蛋白質、核酸の生合成に必要で、欠乏すると悪性貧血を招く。[☆](6)葉酸 ビタミン と協力して造血に働くのが葉酸であり、不足
すると赤血球の出来が悪くなりその結果悪性貧血が
おこる。
また細胞が新生するところで、遺伝子や核酸の合成に働いているため
妊娠中には特に必要なビタミンで、
胎児や乳幼児の成長には欠かせなく欠乏すると脳神経の
形成に以上が畏れがある。[☆](7)パントテン酸 パントテン酸はビタミン  とも呼ばれ
レバーや納豆・魚肉類・牛乳・卵に多く含まれ、抗ストレスの働きをする
ビタミンである。
またコレステロールとも関係が深く
善玉コレステロールを増やし心臓や血管の病気の予防に
役立つ。
不足すると疲労・血液低下・睡眠障害・食欲不振を招き、
風邪やインフルエンザにもかかりやすくなる。[☆](8)ビオチン ビオチンは前述したパントテン酸と一緒に酵素を作り、 糖質と脂質の橋渡しをしながらエネルギーを取り出すという 働きをしている。 また脂肪酸や、コレステロールの代謝・蛋白質の代謝にも 作用しており、腸内細菌によっても合成される。卵によく含まれるが、 生卵を極端に多量に食べ過ぎると、卵白の中のアンチビタミンに より胃や腸の中で吸収を阻害する。 欠乏すると白髪・抜け毛・食欲不振・脂漏性皮膚炎を招く。[] (9)コリン コリンは血管を拡張させ血圧を下げる「アセチールコリン」の材料になっているため、 充分に摂ることによって高血圧の予防につながる。 また脂肪肝を防ぎ肝臓の働きを高めるという働きもあるが、 これはコリンから作られるレシチンが脂肪代謝を促進するものによる。[] (10)ビタミンC ビタミンCはさまざまな働きを果たしている。以下に大まかにその働きをのせる。 1.ビタミンCはコラーゲンを生成するがそもそもコラーゲンとは細胞の接着剤的な 役割を果たしている。これにより、ウイルスを入り込めなくする。また癌予防にも役立ち、 発癌物質であるニトロソアミンの生成を抑える。 2.鉄や銅の吸収を助けたり、ヘモグロビンの合成を助けるなどして貧血を予防する 3.免疫力を強化しウイルスと戦う免疫の主力である白血球の働きを強化する このようにさまざまな働きをみせるビタミンCであるが、水溶性ビタミンであるが故に 空気や熱によって失われる量が多いため生の野菜や果物を多く摂ることが重要である。 なお、タバコを1本吸うことで25mgものビタミンCが消耗するとも言われているため、 喫煙者はさらに注意が必要といえるであろう。[] ●脂溶性ビタミン 脂溶性ビタミンにはビタミンA・D・E・Kがある。 (1)ビタミンA ビタミンAは摂取することにより、皮膚や粘膜を強めることができる。 また視覚を正常に保ち眼の病気を予防する働きもあり、不足すると 粘膜の抵抗が弱まることにより風邪などの感染症にかかりやすくなる。 ビタミンAには、動物性食品に含まれる「レチノール」と、 緑黄色野菜に含まれ体内でビタミンAに変わる「β-カロチン」がある。 前者のレチノールは、摂りすぎにより頭痛・吐き気などの副作用が出ることがあり、 また「脳や心臓に先天性異常のある子供を産む危険性が高くなる」として 妊娠中や妊娠前の摂りすぎも注意が必要である。 後者のβ-カロチンは、細胞の癌化を促進させる活性酸素を抑える働きがあり、 癌予防に効果がある。脂溶性ビタミンなので、油を同時に摂取すると吸収がよくなる。[] (2)ビタミンD ビタミンDの特徴は、骨の形成にかかわりが深いカルシウムの働きを調整するということである。 つまり不足することにより、大人では骨軟化症、子供ではくる病の原因となり、 また歯を支える骨が弱まったり閉経後の女性・高齢者には骨粗鬆症の危険性も高まる。 それ以外にも各種ホルモンと協力して骨からカルシウムを取り出す働きをしているため、 血管へのカルシウム沈着量が多くなり動脈硬化の原因にもなる。[] (3)ビタミンE ビタミンEには強力な高酸化作用があり、活性酸素から体を守り 癌・心筋梗塞・脳卒中などの生活習慣病予防の効果があるとされている この活性酸素は、細胞膜を構成するリン脂質の一員である 不飽和脂肪酸を酸化させて細胞を破壊してしまう過酸化脂質を 生成してしまう。しかしここにビタミンEがあることにより、 この物質の生成を抑制してくれるのである。 摂りすぎにより害が生じるビタミンもあるが、ビタミンEにはそのようなことはない。 (4)ビタミンK 血液凝固因子の合成に働く。緑黄色野菜に含まれる 「K1」と微生物による合成から作られる「K2」がある。 また骨からカルシウムが溶け出すのも防ぐ働きをするため、 不足により骨に充分なカルシウムが取り込まれず骨がもろくなってしまう危険性がある。 緑黄色野菜に多く含まれ、またK2は体内の腸内細菌からも作られるので 不足の心配はあまりないとされている。 尚、血栓症や血液凝固剤を服用している人には、摂取量の制限がある。[] 以上ビタミンそれぞれの特徴について述べたが、これらについて表にまとめたものを表3-5に記す。
4. 考察 生物体の細胞組織・構造・機能と構成分子との関係 細胞とその分子形成 @核
A細胞質
Bその他
Cビタミン
5. 結論 [＄] 生命を構築しているのは細胞であり、そしてその細胞は各種の 細胞小器官が分業してできている。 3.の調査結果にて細胞小器官の機能・構造はすでに述べたが、 ここでさらにまとめを記す。 (1)単細胞生物では個体の生命は細胞の生命と同じである (2)多細胞生物では個体の生命は細胞の生命と一致しない (3)がん細胞の増え方などから、多細胞生物の個体の生命は 体内の細胞の秩序正しい配列が関係することがわかる (4)細菌類とラン藻類は膜で囲まれた核をもたない原核細胞であり、 他の生物は膜で囲まれた核をもつ真核細胞である。それぞれの 生物の細胞を原核細胞、真核細胞という。細菌類には核様体がみられる (5)生物進化の歴史の最初の半分以上は原核生物だけである (6)細胞の構成する物質 ・細胞を構成する元素…多量元素(H、O、C、N) ・含有量は少ないが生理作用に不可欠な元素…Na、Mg、P、S、Cl、K、Ca ・微量元素…Fe、Mo、Zn、Cu、Mn、V、Co (7)細胞の化学組成 水…化学反応の場、高分子の立体構造の維持 タンパク質… ・細胞の形の維持、酵素の主成分…多数のアミノ酸がペプチド結合したポリペプチド 核酸… ・ヌクレオチドが多数結合したもの ・DNA…遺伝子の本体、RNA…タンパク質合成 脂質… ・リン脂質…親水性基と疎水性基をもつ…膜の主成分 ・脂肪…エネルギー源 炭水化物… ・デンプン、グリコーゲン…貯蔵物質 ・セルロース…細胞壁の主成分 (8)細胞小器官 研究方法…電子顕微鏡観察と細胞分画法 細胞膜… ・脂質とタンパク質より成る流動モザイクモデルの構造 ・細胞への物質の出入り(受動輸送と能動輸送) ・細胞外被…多糖類より成り、免疫などに関係 核… ・核膜で囲まれ、内部に核小体と染色質(染色糸) ・細胞の増殖や物質合成の中枢 ミトコンドリア… ・ミトコンドリア膜で囲まれ、内膜はひだ状に突出(クリスタ) ・エネルギー生産の場 小胞体… ・粗面小胞体(リボソーム付着)と滑面小胞体 ・細胞内の物質運搬の運河として働く リボソーム… ・大小二つの粒より成る RNAとタンパク質より成る ・タンパク質合成の場 ゴルジ体… ・扁平な湾曲した袋が並び、液胞や小胞あり 細胞の分泌作用と膜形成に関与 リソソーム…1層の膜より成る小顆粒。細胞内の消化、分解 細胞骨格… ・微小管(主成分はチューブリン)と微小繊維(主成分は アクチン)、中間径繊維 ・細胞質の構造支持 色素体… ・植物細胞で見られる(白色体、葉緑体、雑色体) ・葉緑体は葉緑体膜とチラコイド…光合成の場> 細胞は各種の細胞小器官が分業している小工業 (9)植物の組織と器官 葉状植物…組織、器官をもたない(藻類、タイ類) 茎葉植物…茎と葉をもつ(セン類、シダ植物、種子植物) 維管束植物…維管束をもつ(シダ植物、種子植物) 1)植物組織… ・分裂組織(細胞分裂を行っている組織) ・成長点…伸長成長、形成層…肥大成長 ・永久組織(分裂組織の細胞が成熟、分化した組織) 2)組織系… ・表皮系(体の保護、体の内外の連絡) ・維管束系(水や養分の通路…師管、道管、仮道管) ・基本組織系(上記以外の生理作用…光合成など) 3)器官… ・栄養器官…根、茎、葉 ・生殖器官…花、果実、種子 (10)動物の組織と器官 組織分化の程度が進み、細胞間物質の多いのが特徴 1)動物の組織 ・上皮組織… 体表面、体腔、諸器官の表面をおおう 細胞が密着、細胞間物質少ない 1層と多層、分泌や感覚細胞を含むものあり ・結合組織… 体の支持と細胞の栄養をつかさどる 細胞間物質が多い 繊維、脂肪などを含むものあり 特殊な結合組織…軟骨、骨、血液、リンパ ・筋肉組織… 筋繊維という細胞から成り、細胞質に筋原繊維を含む 横紋筋…骨格筋/随意筋、心筋/不随意筋 平滑筋…不随意筋(内臓筋や血管壁) ・神経組織… ニューロン…細胞体、軸策、樹状突起。有髄神経と無髄神経 グリア細胞…ニューロンの支持と栄養 2)動物の器官 動物の器官の種類は多い。いくつかの器官が集まって器官系を形成 (例：消化器系…歯、胃、腸、肝臓、膵臓) 6. 参考文献 (1)田沼靖一編 ; 分子生物学、丸善株式会社、平成15年 (♪)太田次郎著 ; 細胞からみた生物学、裳華房、2002年(20・21・22・23・25) (★)【ウィキペディア】 (ω)水野丈夫・浅島誠共編 ; 理解しやすい生物T・U、文英堂、2006年 17〜21、47〜49、77〜80ページ (■)http://www.edu.gunma-u.ac.jp/~zono/jikken/ (□)http://www.e-shokuiku.com/index.html (д)http://www.mizutech.com/fat/index.html (〒)中村運著 ; 生命科学の基礎、(株)化学同人、2003年 89.95・96・98.104.105.106ページ (9)駒野徹・酒井裕共著 ; ライフサイエンスのための分子生物学入門、裳華房、2003年(28〜33) (и)有坂文雄著 ; スタンダード生物学、裳華房、2003年(5・22) (△)http://www.maruka-ishikawa.co.jp/TOPICS/NUTRITION/vitamin.htm (▲)http://www.nzp.cc/htm/Vitamin.htm (▽)http://homepage3.nifty.com/takakis2/bitamin.htm (▼)http://www2.neweb.ne.jp/wc/hooko/VITM.HTML (15)池北雅彦・榎並勲・辻勉著 ; 生物を知るための生化学、丸善株式会社(15.16.25〜32) (∵)http://www.i-cosme.com/brand/dna-rna/dna-hataraki.html (＄)太田次郎著 ; バイオテクノロジーテキストシリーズ生物学、講談社、発行1996年 12・24〜26ページ (☆)http://dietpark.web.fc2.com/power.html (＃)http://ksrm96.com/eiyo/index.html (☆)http://www.rout121.com/genki/ ()http://www2.neweb.ne.jp/wc/hooko/ ()木下勉・小林秀明・浅賀宏昭 ; ZEROからの生命科学改訂2版、南山堂、発行2007年 13・14・15・16 |
）
、ビタミンM）
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、ビタミンH、補酵素R）
