細胞は、その基本構造と機能を定義する特定の共通の特徴を共有します。これらの基本的な構成要素の 1 つは細胞質です。細胞の内部は単純に「ゲル状」と表現されることが多いですが、細胞質は単なる受動的な充填剤ではありません。これは、細胞小器官、構造フィラメント、溶解分子で満たされた動的な半流体マトリックスであり、これらが一体となって細胞の完全性を維持し、生化学反応を促進し、細胞の運動を可能にします。
細胞質:重要なポイント
- すべての細胞 (原核生物と真核生物の両方) には細胞質が含まれています。
- 細胞質には、核以外に細胞膜内に囲まれたすべてのものが含まれます。これには、 サイトゾル、細胞小器官、細胞骨格、 およびさまざまな封入体が含まれます。
- 細胞質は、単なる静的な「充填剤」ではなく、動的なゾルゲル系です。
- 主要な代謝経路、栄養素の分布、細胞内運動は、細胞質の構造と組成に依存します。
- 細胞質の構造の変化は、細胞の分裂、形状の変化、および運動に関与します。
細胞質の定義と位置
細胞質 真核細胞の細胞膜（原形質膜）と核の間にある細胞の領域です。核やその他の膜結合細胞小器官を持たない原核細胞では、細胞質は細胞膜内の実質的にすべてを包含します。
細胞質には、サイトゾル (液相)、細胞骨格 (支持と形状を提供するタンパク質フィラメント)、その中に浮遊する細胞小器官または細胞構造、および封入体と呼ばれる不溶性粒子が含まれます。細胞質は、遺伝物質を取り囲む高密度で栄養豊富なマトリックスであり、リボソーム、さまざまな酵素、生命に必要なその他の成分を収容しています。
歴史と言葉の起源
細胞質の概念は、17 世紀から 18 世紀に科学者が光学顕微鏡で細胞を観察し始めたときに現れました。初期の細胞生物学者は、核とは異なる「細胞物質」を観察しましたが、その複雑さは理解していませんでした。スイスの科学者ルドルフ・フォン・ケルリカーは、1863 年に「細胞質」という用語を導入しました。この用語は、 ギリシャ語のキュトスに由来しています。 「中空の容器」または「細胞」 と血漿を意味します。 、「形成された、または成形された物質」を意味します。 19 世紀後半までに、エドゥアルド ストラスバーガーなどの研究者が定義を改良し、核と区別することに貢献しました。 20 世紀には、電子顕微鏡によって、フィラメント、細胞小器官、およびそこに含まれる分子機械の複雑なネットワークが明らかになりました。
サイトゾルと細胞質
場合によっては、サイトゾルと細胞質という用語が同じ意味で使用されることがあります (特に古いテキストや入門書では)。しかし、現代の細胞生物学ではそれらを区別しています。 細胞質 これには、核の外側にある細胞の内部構成要素、つまりサイトゾル、細胞小器官、細胞骨格要素がすべて含まれます。対照的にサイトゾルは 厳密には、これらの細胞小器官や構造が懸濁されている半流体の水溶液を指します。サイトゾルは本質的に細胞質の「可溶性」部分であり、細胞小器官や大きな構造アセンブリがありません。
細胞質の物理的性質
細胞質は単純な静的な流体とは程遠く、動的な「ゾルゲル」マトリックスとして説明するのが最も適切です。この用語は、細胞の状態に応じて、より流動的な（ゾル）状態とより粘性のある（ゲル）状態との間で移行する能力を指します。細胞質は純粋な液体でも固体でもありません。代わりに、柔らかい粘弾性材料のように、またはガラスのように動作します。水に溶解したタンパク質、塩、その他の分子が高濃度で含まれています。細胞のニーズの変化に応じて流動性が変化します。たとえば、細胞質の領域がゲル状になって細胞小器官が安定したり、流体が増えて小胞や他の成分が自由に移動できるようになります。この動的で応答性の高い物理的状態は、細胞分裂、細胞内輸送、形状変化などのプロセスにとって非常に重要です。
細胞質の成分
細胞質には、サイトゾル、細胞小器官 (真核生物) または類似構造 (原核生物)、リボソーム、細胞骨格、および封入体が含まれます。
- サイトゾル :
- 水、イオン、小分子（糖、アミノ酸、ヌクレオチド）、大きな高分子（タンパク質、酵素）の複雑な水溶液
- サイトゾルは、解糖や生合成プロセスの一部など、多くの代謝経路の主要な部位です。
- オルガネラ (真核生物) :
- ミトコンドリア :細胞の呼吸とエネルギー（ATP）生成の部位
- 小胞体 (ER) :タンパク質と脂質の合成に関与します。ラフ ER にはタンパク質生成のためのリボソームがあり、スムーズ ER は脂質の合成と解毒に機能します。
- ゴルジ装置 :輸送のためにタンパク質と脂質を変更、分類、パッケージ化します。
- リソソームとペルオキシソーム :高分子を分解し、有害な化合物を解毒するための消化酵素または酸化反応が含まれています
- 葉緑体 (植物および藻類) :光合成の場所。
- リボソーム :
- 原核生物と真核生物の両方に存在します。
- タンパク質合成のための分子機械
- 真核生物ではサイトゾル内で遊離しているか、ER に結合しています。
- 細胞骨格 :
- 構造的なサポートを提供し、細胞の形状を維持し、内部輸送と細胞の移動を促進するタンパク質フィラメント（真核生物の微小管、アクチン フィラメント、中間フィラメント）のネットワーク
- 原核生物では、構造フィラメントはそれほど複雑ではありませんが、形状を維持し、細胞分裂を助けるために依然として不可欠です。
- インクルージョンおよびその他の粒子 :
- グリコーゲン顆粒、脂肪滴、色素、鉱物結晶、デンプン、貯蔵物質などの非膜構造
- 細胞の種類に応じて、エネルギー貯蔵またはその他の特殊な機能として機能します。
細胞質の機能
細胞質に細胞の構成要素のほとんどが含まれていることを考えると、細胞質が多くの機能を実行することは驚くべきことではありません。
- 構造的なサポート :細胞骨格と細胞質マトリックスは連携して細胞の形状を維持し、変形に抵抗し、機械的強度を提供します。
- 生化学反応 :解糖や脂質およびアミノ酸合成の一部など、多くの代謝プロセスが細胞質で発生します。したがって、細胞質は重要な酵素反応の舞台として機能します。
- 栄養素の貯蔵と分配 :細胞質ゾルに溶解した栄養素とイオンは、細胞小器官や分子機械に容易に利用可能です。保存された物質（グリコーゲン顆粒など）は、必要に応じて動員できます。
- 細胞内輸送 :細胞小器官、小胞、分子は細胞骨格の軌道に沿って移動し、分子の効率的な分布と細胞のさまざまな部分間のコミュニケーションを可能にします。
- 細胞分裂 :細胞骨格は有糸分裂または二分裂中に再組織され、染色体の適切な分離と細胞内容物の分裂を確保します。
- 刺激に対する反応 :細胞質は、環境または内部シグナルに応じてその一貫性を変化させ、細胞骨格成分を再配置します。これにより、アメーバ運動、細胞の形状の変化、細胞の伸長の形成などの動きが促進されます。
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