【一問一答】1-1 人体の構成 – 細胞

【一問一答】1.1 人体の構成 – 細胞

人体を形づくる最小の単位は細胞である。○×

(解答) ○

生物は創め単細胞生物として生まれ、そして長い年月をかけて多細胞生物がうまれました。細胞は全ての生物にとっての最小単位です。

細胞の数は成人で約60億個である。○×

(解答) ×

細胞の数は体重1kgにつき約1兆個なので、成人では約60兆個の細胞からできています。

一般的に細胞の大きさは直径10～20μmである。小さい細胞としてはリンパ球が直径5μm。大きい細胞としては卵子が直径120μmである。○×

(解答) ○

肉眼で見える限界は0.1mm(100μm)なので、細胞を観察するためには光学顕微鏡が用いられます。卵子はぎりぎり肉眼で見えるくらいです。

赤血球の大きさは直径(　　μm)である。

(解答) 7〜8

赤血球は直径7〜8μm、厚さは1〜2μmの円盤状です。この数値は生理学の国家試験問題に良く出ますので覚えておいてください。

人体の細胞は細胞壁により囲まれている。○×

(解答) ×

細胞は細胞膜により囲まれて、細胞質を外界から隔てています。細胞壁は植物細胞の細胞膜を被うものなので、動物の細胞にはありません。

細胞膜は(　　)によりできている。

(解答) 脂質二重層

細胞膜は「脂質二重層」でできています。この脂質はリン脂質と呼ばれるもので、水になじむ親水性の部分と炭素のつながりよりなる疎水性の部分がある。疎水性の部分は水を弾くので、疎水性の部分が内側に向かい合い、親水性の部分が外側に向くと安定します。これが脂質二重層です。

細胞膜は脂質二重層でその土台が作られ、その中にタンパク質粒子が含まれ、浮遊するように移動する流動モザイクモデルである。○×

(解答) ○

脂質二重層に浮かぶタンパク質粒子は、受容体やチャネルなどとして働きます。またタンパク質粒子から伸びる糖鎖は細胞同士の認識に働きます。この認識機能により同種類の細胞は集団をつくることができます。

水や呼吸ガス、脂溶性物質は細胞膜の脂質二重層を自由に通過できる。これにより濃度の高い方から低い方へ自然に物質が移動することを（　　）という

(解答) 単純拡散

「拡散」とは濃度が高いほうから低い方へ物質が自然に移動する形式で、ATPのエネルギーは使いません。

アミノ酸やグルコースは細胞膜に埋め込まれた担体タンパク質により運ばれる。これにより濃度の高い方から低い方へ自然に物質が移動することを（　　）という。

(解答) 促通拡散

アミノ酸やグルコースは水溶性でそのままでは脂質二重層を通過できないので、担体タンパクという通り道をつかって細胞内に運ばれます。

イオンポンプはATPを分解して得られるエネルギーを使う（　　）である

(解答) 能動輸送

ポンプを動かすには動力が必要です。この動力はATP (アデノシン三リン酸)を分解して得られるエネルギーを利用しています。これを能動輸送といいます。細胞が消費するATPの40%は能動輸送に消費されるといいます。

イオンチャネルは能動輸送である ○×

(解答) ×

イオンチャネルは「チャネル＝通り道」という意味で、エネルギーは必要としない受動輸送です。

イオンチャネルには電位依存チャネルやリガンド作動チャネルがある。○×

(解答) ○

電位依存チャネルは、細胞膜内外の電位の変化を感知して開きます。活動電位の発生などがこの形式です。

リガンド作動チャネルは細胞膜にある受容体に神経伝達物質のようなリガンドと呼ばれる物質が結合して開きます。

マクロファージなどがタンパク質を含むような大きな異物を細胞内に取り込むときは、全体を細胞膜に包み込んで取り入れる。これを（　　）という

(解答) 食作用

細胞が細菌や外来性の異物、寿命のきた血球や壊死性の組織成分など、形のある大きな物質を細胞内に取り込む作用を食作用といいます。この食作用の旺盛な細胞が好中球やマクロファージなどに代表される食細胞で、偽足で包みこむように細胞内に取り込みを行います。取り込まれた物質はリソソーム酵素によって消化されます。

食作用の逆で、細胞の中に蓄えられている脂質二重層で包まれた小胞が、細胞膜と癒合して、内容物が細胞外に放出されることを開口放出という。○×

(解答) ○

開口放出の例としてはシナプスにおける軸索末端からの神経伝達物質の放出や、ペプチドホルモンなどの分泌がこの形式です。

開口放出と食作用を合わせて膜動輸送（サイトーシス）という。○×

(解答) ○

・食作用(ファゴサイトーシス)と飲作用(ピノサイトーシス) – エンドサイトーシス

・開口放出 – エクソサイトーシス

これらを合わせてサイトーシス (膜動輸送) といいます。

生命の最小単位である細胞の中にも特定の機能を分担する器官があり、これを細胞小器官という。○×

(解答) ○

細胞小器官はオルガネラとも呼ばれ、細胞内で一定の機能をもつように機能的・構造的に分化したものです。これには核、ミトコンドリア、リボソーム、小胞体、ゴルジ装置、リソソーム、中心小体などがあります。

（　　）は細胞膜でできた小さな袋が互いに連結してできたもので、リボソームが付着するものと、付着しないものの2種類がある。○×

(解答) 小胞体

小胞体は膜に包まれた嚢状の構造物で、互いに連絡し、核膜やゴルジ装置とも繋がっています。リボソームが付着した小胞体を粗面小胞体、リボソームが付かないものを滑面小胞体といいます。

粗面小胞体の働きは（　　）である

(解答) タンパク質の合成

粗面小胞体は表面にリボソームがついた小胞体です。リボソームの働きは「タンパク質の合成」なので、リボソーム付きの粗面小胞体の働きもタンパク質の合成です。主に細胞外に分泌するタンパク質を合成しています。

滑面小胞体は部位により働きがことなる。筋細胞ではカルシウムイオンの貯蔵や放出、肝細胞ではグリコーゲンの合成、副腎皮質や卵巣・精巣ではステロイドホルモンの合成を行う。○×

(解答) ○

表面にリボソームがつかない小胞体は滑面小胞体と言われます。これは場所により働きがことなるので、覚えてしまうしかないです。

リボソームは（　　）の合成を行う

(解答) タンパク質

リボソームはタンパク質の合成を行います。 大小2つのサブユニットからなる「雪だるま」のような形想像するとわかりやすいです。50S サブユニット (雪だるまの胴体) と、30S サブユニット (雪だるまの頭) の間にメッセンジャーRNAが挟まり、この情報に基づいてアミノ酸を繋げていきタンパク質を合成します。

細胞内に単独で存在しているリボソームは（　　　）と呼ばる

(解答) 遊離リボソーム

遊離リボソームは主にその細胞内で利用されるタンパク質を合成します。

粗面小胞体に付着しているリボソームは（　　　）と呼ばる

(解答) 付着リボソーム

粗面小胞体の膜状に存在しているリボソームは付着リボソームと呼ばれます。主に細胞外に分泌されるタンパク質を合成します。

ゴルジ装置は粗面小胞体でつくられたタンパク質に糖質を付加するなど加工を行う。この働きを（　　　）という。

(解答) 翻訳後修飾

粗面小胞体の働きは「細胞外に分泌するタンパク質」の合成です。いわば出荷用。出荷に先立って糖質をくっつけたりとかして加工するのがゴルジ装置の働き。mRNAの情報に沿ってリボソームがタンパク質を合成することを「翻訳」といいます。「翻訳」の後に糖を付加するなどの飾り付けを行うので「翻訳後修飾」。ゴルジ装置で加工されたタンパク質は膜に包まれ、分泌顆粒として細胞外へ分泌されます。またリソソームとして細胞内に留まるものもあります。

中心小体は２つ１組となり中心体として働く。（　　）の最に複製をつくって細胞の両極に移動し、染色体を引き寄せる中心となる。

(解答) 細胞分裂

中心小体は２つ１組で働き、細胞分裂のときには複製をつくって細胞の両極に移動し、染色体を引き寄せる中心となります。

ミトコンドリアは細胞活動に必要な（　　）を産生する

(解答) エネルギー

グルコースは細胞質内で分解されピルビン酸となる。この酸素を必要としない過程を解糖といいます。

ピルビン酸はミトコンドリアの中に取り込まれ、酸素と反応しクエン酸回路(TCA回路) → 電子伝達系と反応が進みATPが産生されます。ミトコンドリアはクエン酸回路と電子伝達系に関する酵素を内部にもち、酸素を用いてピルビン酸よりATPを産生するのが働きです。この細胞内で糖を原料として酸素を用いてATPを産生する過程を内呼吸といいます。私達が息（外呼吸）をしているのは、ミトコンドリアが酸素を使うためなのです。

ミトコンドリアの内膜の一部が内部に深く折れこんでいる部分を（　　）という

(解答) クリスタ

ミトコンドリアは0.1~1μmの球形ないし糸状(立体的にはソーセージ状)の小体で、肝細胞1個に約2,000個含まれるといわれていますが、細胞によりその数は異なります。
ミトコンドリアは内膜と外膜の二重の細胞膜の袋からできています。内膜は内部に深く折れ込みクリスタと呼ばれます。クリスタは内部に複雑に入り組む迷路をつくります。クリスタの内部には種々の酵素が含まれ、これにより栄養素を燃焼してエネルギーを得ています。

リソソームは（　　　）を内部に含み、細胞内消化を行う。

(解答) 加水分解酵素

リソソーム（ライソソーム）は膜に包まれた小体でゴルジ装置でつくられます。内部にはいろいろな物質を分解する加水分解酵素を含んでいる。不要になった細胞の構成成分や、食作用で取り込んだ、食胞などと癒合して、酵素を注入し内容物を分解します。この働きを細胞内消化といいます。

微小管、中間径フィラメント、アクチンフィラメントという３種類の線維性のタンパク質は細胞の形をつくり骨組みの役割をはたしている。これを（　　　）という

(解答) 細胞骨格

細胞骨格のうち、微小管は直径が25nmの中空の管で、骨組みとともに物質や細胞小器官の輸送路ともなります。中間径フィラメントは10nm、アクチンフィラメントは6nmの直径を有し、細胞の運動にも関与します。

細胞核は通常は細胞の中心に１個あるのが一般的であるが、（　　　）は無核の細胞である。

(解答) 赤血球や血小板

赤血球は赤芽球より脱核してできます。血小板は巨核球の細胞質突起が細かくちぎれてできます。どちらも無核の細胞です。

細胞核は通常は細胞の中心に１個あるのが一般的であるが、（　　　）は多核の細胞である。

(解答) 骨格筋細胞

骨格筋細胞は1個の細胞に多数の核を持つ多核細胞です。心筋や平滑筋は単核であることも覚えておいてください。

細胞核は内外２枚よりなる核膜に包まれ、所々に核膜孔が開いている。○×

(解答) ○

核膜には核膜孔が聞いていて、核の内部と外側の細胞質の聞の交流を可能にしています。

核の内部には（　　　）とタンパク質が結合した染色質が存在している。

(解答) DNA (デオキシリボ核酸)

染色質はDNAとタンパク質が結合したものです。細胞分裂の際には凝集しコンパクトになり染色体となります。

（通常の状態は染色質。細胞分裂の時にはコンパクトにならないと分割できないのでギュギュッと小さくコンパクトになる。この状態になると顕微鏡でよく見える。これが染色体）

DNAは遺伝情報が収められている分子で、遺伝によって伝えられるあらゆる性質を決定します。

核の中にみられる核小体には（　　）が集まっている。

(解答) RNA (リボ核酸)

核小体にはRNA (リボ核酸)が集まっている。RNAは、DNAの遺伝情報を写し取って核から細胞質に運び出すなどの働きをします(メッセンジャーRNA)。

細胞は分裂することによって増えていくが、（　　　）や腎糸球体の足細胞のように、一部にはもはや増殖することがない細胞もある。

(解答) 神経細胞

人体の細胞はすべて1つの受精卵が繰り返し分裂して生まれたものです。しかし生体ではすべての細胞が増殖を続けているわけではありません。神経細胞や腎糸球体の足細胞は増殖することができない細胞として知られています。また肝細胞や平滑筋細胞は、平常は増殖しませんが、必要が生じたときに増殖します。また小腸の上皮細胞や皮膚の表皮細胞は、少しずつ失われる細胞を補うために、絶えず増殖を続けています。細胞の増殖は組織の秩序を壊さないように調節されていますが、その仕組みが壊れて無制限に増殖するようになったのが、がん細胞です。

細胞周期において、細胞分裂の時期を（　　）という。

(解答) M期

分裂を繰り返している細胞は、細胞分裂の時期(M期)と分裂していない間期を繰り返す。この繰り返しを細胞周期といいます。

細胞周期において、DNAの複製が行われている時期を（　　）という。

(解答) S期

間期はさらに代謝活性が高く細胞が成長する時期(G1期)、DNAに複製が行われている時期(S期)、そして細胞小器官や細胞質成分を作成する時期(G2期)とに分けられます。

細胞分裂の時期(M期)は、さらに前期・中期・後期・終期に分けられる。

そのうち、中心小体が二分して両極に移動をはじめる時期は（　　）期である。

(解答) 前期

細胞分裂期の前期では、染色質が凝集し染色体となり、中心小体二分して両極に移動をはじめます。

細胞分裂の時期(M期)で、核膜が消失し、染色体が細胞の赤道面に配列する時期は（　　）期である。

(解答) 中期

細胞分裂期（前期・中期・後期・終期）は、この中期のイメージが一番重要です。「中」なので、どまんかに染色体が一列に並びます。染色体が一列に並ぶためには核膜があっては並べないので、中期に核膜が消失します。この中期をしっかり覚えれば、それより前か後かは容易に想像がつくはずです。

細胞分裂の時期(M期)で、各染色体が２個に分裂し両極に移動している時期は（　　）期である。

(解答) 後期

細胞分裂の後期では、中心小体から伸びた紡錘糸に引き寄せられるように各染色体が二分し両極に移動します。

細胞分裂の時期(M期)で、両極に分かれた染色体が再び染色質となり核膜につつまれ、細胞体がくびれて２個の娘染色体となる時期は（　　）期である。

(解答) 終期

このようにして細胞分裂が完了します。中期をしっかり覚えておいてください！

ヒトの染色体の数は常染色体（　　対）、性染色体（　　対）で合計（　　本）である。

(解答) 常染色体22対　性染色体1対　合計46本

ヒトの染色体は46本です。46本の染色体を大きさの順に並べると、形の同じ2本ずつが対をなしていることが分かります。これはそれぞれ両親(精子と卵子)から受けたものです。この内の22対は男女とも同じで常染色体と呼ばれます。残りの1対は男女で異なる性染色体です。

男性の性染色体は（　　）である。

(解答) XY

性染色体は男性はX染色体とY染色体の異なる組み合わせからなり、女性は2本とも同じX染色体からなります。（男性：XY、女性：XX）

精子や卵子は（　　　）を行うため、染色体が半分の23本となる。

(解答) 減数分裂

精子や卵子は配偶子と呼ばれ、減数分裂により染色体が半分の23本となっています。この精子と卵子が受精して元通りの46本の染色体数となります。

減数分裂は続けて2回の分裂が起こる。○×

(解答) ○

生殖細胞が分裂を行う際も、始めにDNAの複製が行われ2倍量となります。しかし減数分裂では、第一次、第二次と分裂が続けて起こり最終的にはDNA量も染色体の数も体細胞の半分23本となります。

ダウン症で異常となっている染色体はどの形式か

(解答) 21番染色体が3本ある（21トリソミー）

ダウン症は、21番目の染色体が1対(2本)ではなく3本あり、トリソミー(trisomy)と呼ばれる異常によって起こります。その頻度は1,000人に1人とされます。

X染色体が1本しかなく、伸長があまり伸びず卵巣の発育も悪い染色体異常を（　　）という

(解答) ターナー症候群

ターナー症候群はX染色体が1本しかないモノソミーで、出生女児数1,000人に1人くらいとされます。低伸長が全症例にみられ、卵巣の発育不全により第二次性徴が欠如します。

XYの性染色体の他に、もう1本X染色体がある男性の性染色体異常を（　　）という。

(解答) クラインフェルター症候群
男性の性染色体異常であるクラインフェルター症候群ではXYの2本の性染色体のほかに、もう1本X染色体が存在しています。染色体形式としてはXXYとなり、知能障害と精巣の発育不全が起こります。

タンパク質は人体を構成する重要な物質である。タンパク質は20種類の（　　　）がペプチド結合によりつながったポリペプチドからできている。

(解答) アミノ酸

タンパク質は人体を構成する重要な物質で、20種類のアミノ酸がペプチド結合によりつながったポリペプチドからできています。これら20種類のアミノ酸がいろいろな配列をするため、多種多様なタンパク質が形成されます。

この20種類のアミノ酸のうち、8種類は生体内で合成されず食物から摂取する必要があるため「必須アミノ酸」と呼ばれます。

（バリン，ロイシン，イソロイシン，スレオニン，メチオニン，フェニルアラニン，トリプトファン，リジン）

生命活動に重要な代謝を支えている物質は酵素はタンパク質でできている○×

(解答) ○

生体内における化学反応を触媒するタンパク質を酵素といいます。物質代謝など生体内でおこる多種多様の反応は、個々の反応がそれぞれの酵素により触媒されます。

（化学反応において、反応速度を促進させる物質を触媒といいます）

タンパク質の構造を決めるアミノ酸の配列は遺伝子に記録されている。○×

(解答) ○

ほとんどのタンパク質は、50~2,000個(多くは100~400個)のペプチドの集まりよりなります。これらのアミノ酸の配列を決めているのは細胞の核にある遺伝子です。つまり遺伝子は遺伝情報、すなわちアミノ酸の配列に関する情報を持っています。遺伝子の本体はDNAですが、鎖の形をしたDNA分子は46本の染色体の中に密に折りたたまれて収納されており、それを引き伸ばすと、長さは1.7mにもなります。

一人の人間をつくる遺伝子の集まりを（　　）という。

(解答) ゲノム

ヒトのDNAは約3万個の遺伝子を含むといわれ、1つの遺伝子はアミノ酸が一定の順序につながった1つのタンパク質を決定しています。一人の人間をつくる遺伝子の集まりをゲノムといいます。

DNAに組み込まれた遺伝子が持っている遺伝子情報に基づきタンパク質が構成される過程を（　　　）という。

(解答) 遺伝子発現

DNAは生まれてから死ぬまでに必要な全てのタンパク質の設計図が貯えられた図書館であると想定します。生命活動をするにあたり、あるタンパク質が必要となります。DNAには全てのタンパク質の設計図が格納されていますが、その時に必要な設計図は一つだけです。これからつくりたいタンパク質の設計図をコピーして外に持ち出すのがmRNAで、この働きを「転写」といいます。

タンパク質の設計図を書き写したmRNAが核膜孔より核の外にでてきます。mRNA上に記された塩基の3文字でひとつのアミノ酸が決まります。遺伝情報は4種類の塩基によって書かれている暗号のようなもので、3文字がひとつのアミノ酸を決定します。

そして、アミノ酸がつながることによりタンパク質となります。タンパク質をつくるのはリボソームの働きです。リボソームはmRNA上に暗号のように記されたアミノ酸配列の情報を読み取り、アミノ酸を繋げてタンパク質を合成します。これを「翻訳」といいます。

「転写」により核内よりタンパク質の設計図が書き写され、核の外にでて、「翻訳」されることによりタンパク質ができあがります。タンパク質は身体の構成要素となったり、酵素として働いて生命活動を支えます。この「転写 – 翻訳 – タンパク質の機能発現」の一連を合わせて「遺伝子発現」といいます。

核酸は（　　　）という分子が鎖のようにつながってできている。

(解答) ヌクレオチド

核酸はヌクレオチドと呼ばれる分子が鎖のようにつながってできています。ヌクレオチドは塩基・糖・リン酸の3つの成分が結合したものです。DNA、RNAはともに核酸ですが、両者の間では糖と塩基の種類が異なります。

DNAを構成する糖は（　　　）である。

(解答) デオキシリボース

DNAの糖はデオキシリボースです。だからデオキシリボ核酸。

RNAを構成する糖は（　　　）である。

(解答) リボース

RNAではリボースが使われています。だからリボ核酸

アデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、チミン(T)は （　　）で使われている4種類の塩基である。

(解答) DNA

アデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、チミン(T)はDNAで使われている塩基です。

RNAでは、チミン(T) の代わりに（　　　）が使われる。

(解答) ウラシル

RNAではチミン(T)の代わりにウラシル(U)が使わます。

塩基配列はATCGの4つの文字の組み合わせで、ヒトのDNAの境基配列は30億文字にも及びます。この塩基配列は（　　文字）で1つのアミノ酸を指定します。これを遺伝暗号といいます。

(解答) 3文字

塩基配列は3文字で1つのアミノ酸を指定します(遺伝暗号)。たとえばDNAでは、ATGと並べばメチオニンを、TTCと並べばフェニールアラニンを指定し、ATGTTCと並べばメチオニン－フェニールアラニンとの順にアミノ酸が結合されます。

DNAは二重ラセン構造をしていますが、4種類の塩基は必ず結合する塩基が決まっています。アデニン(A)には（　　）が結合します。

(解答) チミン(T)

アデニン(A)には必ずチミン(T)が結合します。

グアニン(G)には（　　）が結合します。

(解答) シトシン(C)

グアニン(G)には必ずシトシン(C)が結合します。

このようにDNAの二重ラセンは、一方の鎖の塩基が決まれば他方の塩基配列も自動的に決まります。2つの鎖の塩基配列の聞に見られるこのような関係を（　　）といいます。

(解答) 相補性

このようにアデニン(A)には必ずチミン(T)が、グアニン(G)には必ずシトシン(C)が結合するような関係を相補性といいます。

細胞分裂が始まる前には二重ラセンをつくるDNAの鎖はほぐれて、それぞれのDNAの鎖は新しい2組の二重ラセンをつくります。その際、塩基配列は相補性の原則に従ってつくられるので、全く同じ遺伝子情報を持つ（　　）がつくられる。

(解答) 複製

この相補性の原則があるから、DNAの二重らせんがほどければ、必ず対となる塩基が結合し、まったく同じ配列をもつ複製がつくられます。

タンパク質の合成はRNAによって行われます。RNAはその役割により3種類が区別されます。（　　　）はアミノ酸配列に関する遺伝情報をDNAから写し取って(転写)、核から細胞質に移り、タンパク質合成が行われるリボソームに伝令します。

(解答) mRNA

mRNAはメッセンジャーRNA、伝令RNAとよばれます。

DNAに貯えられた遺伝情報(アミノ酸配列を指定したタンパク質の設計図)を写し取って核外に伝令する役割をします。

（　　　）はリボソームの構成成分である。

(解答) rRNA

rRNA（リボソームRNA）はリボソームの構成要素です。

リボソームはRNAが約60%、タンパク質が約40%でできています。

(　　　)は、アミノ酸をリボソームに運搬する働きをします。

(解答) tRNA

tRNA（トランスファーRNA・運搬RNA）はアミノ酸をリボソームへと運ぶ働きをします。

このようにして核内の遺伝情報がmRNAに転写され、核外に伝令され、リボソーム上で塩基3文字に対応するアミノ酸がtRNAにより運ばれてアミノ酸同士がつなぎ合わされることによりタンパク質が合成されます。このことを遺伝子発現といいます。