細胞小器官は、細胞の中で特定の仕事をする特殊な構造です。多くの初級生物では、この語はふつう 真核細胞 にある構造、たとえば核、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体、リソソーム、液胞、葉緑体などを指します。リボソームも、膜で囲まれていないにもかかわらず、一般に細胞小器官に含められます。
細胞小器官を手早く覚えるコツは、仕事の分担として考えることです。核は遺伝情報を保存し、リボソームはタンパク質をつくり、ミトコンドリアはATPの産生を助け、小胞体とゴルジ体は物質の加工や輸送を助けます。原核細胞にも内部構造はありますが、典型的な植物細胞や動物細胞と同じ膜で囲まれた小器官のセットをもつわけではありません。
細胞小器官とは何か
細胞小器官とは、特定の機能をもつ細胞内構造のことです。核やミトコンドリアのように膜で囲まれているものもあります。リボソームのように、膜で囲まれていなくても初級生物では通常小器官として数えられるものもあります。
そのため、単純な1つのルールを期待すると、教科書の一覧が一貫していないように見えることがあります。いちばん安全な定義は実用的なものです。つまり、小器官とは、細胞が生きて機能するのを助ける特殊化した細胞内構造です。
主な細胞小器官とその働き
核
核は細胞のDNAの大部分を保存し、どの遺伝子が使われるかの調節を助けます。よく「司令塔」と説明されますが、この表現は一部しか当てはまりません。核が「すべてを行う」わけではありません。主な役割は、設計図を保存し、それへのアクセスを調節することです。
ミトコンドリア
ミトコンドリアは真核細胞で細胞呼吸の主要な段階を担い、代表的なエネルギー運搬分子であるATPの産生を助けます。何もないところからエネルギーを生み出すわけではありません。食物分子に含まれるエネルギーを、細胞がより直接使える形に変換します。
リボソーム
リボソームは、メッセンジャーRNAが指定する順序に従ってアミノ酸をつなぎ、タンパク質を合成します。遊離リボソームはふつう細胞質基質で使われるタンパク質をつくり、粗面小胞体に付着したリボソームは膜、リソソーム、または分泌用のタンパク質をつくることが多いです。
粗面小胞体
粗面小胞体は表面にリボソームが付着しており、多くのタンパク質の合成、折りたたみ、初期加工を助けます。とくに、そのタンパク質が細胞外へ出る場合や膜系の一部になる場合に重要です。
滑面小胞体
滑面小胞体には付着したリボソームがありません。脂質の合成に関わり、細胞によっては解毒やカルシウムの貯蔵にも関与します。
ゴルジ体
ゴルジ体は、タンパク質や脂質を修飾し、仕分けし、運搬のために梱包します。配送センターのように考えるとわかりやすいですが、単に運ぶだけでなく、運ぶ物自体も変化させることを忘れないでください。
リソソーム
リソソームには、古くなった細胞成分や取り込まれた特定の物質を分解する酵素が含まれています。とくに動物細胞の生物学で強調されます。植物にも分解を担う区画はありますが、教科書での扱われ方はしばしば異なります。
液胞
液胞は貯蔵区画です。植物細胞では、大きな中央液胞が細胞内圧の維持を助け、支持にも関わります。動物細胞にも液胞があることはありますが、通常はより小さいです。
葉緑体
葉緑体は植物細胞や多くの藻類で光合成を行います。動物細胞には存在しません。その細胞が光エネルギーを取り込むよう適応していることを示す強い手がかりになります。
例で見る：細胞小器官がタンパク質の分泌をどう助けるか
たとえば、ある腺細胞が消化酵素をつくって放出する必要があるとします。
その酵素の設計図は 核 に保存されています。遺伝子が転写され、その結果できたメッセンジャーRNAが 粗面小胞体 に付着した リボソーム によって使われます。新しくできたタンパク質は粗面小胞体の中に入り、そこで折りたたみや加工が始まります。
次に、輸送小胞がそのタンパク質を ゴルジ体 へ運びます。ゴルジ体はさらに修飾と仕分けを行い、その後、細胞膜へ向かう小胞に梱包します。小胞が膜と融合すると、タンパク質は細胞外へ放出されます。
この過程全体を通して、ミトコンドリア は細胞内の多くのエネルギーを必要とする段階にATPを供給するのを助けます。この例のポイントは、どれか1つの小器官が「最も重要」だということではありません。細胞のはたらきは、ふつう複数の小器官が1つのシステムとして協力することで成り立つ、ということです。
細胞小器官を覚えるシンプルな方法
細胞小器官を、ばらばらの一覧として暗記しないでください。それぞれを仕事の種類と対応させましょう。
| 仕事 | 主な小器官または構造 |
|---|---|
| 遺伝情報を保存する | 核 |
| タンパク質をつくる | リボソーム |
| 新しくできた多くのタンパク質を加工する | 粗面小胞体 |
| 脂質をつくり、ほかの化学的な働きを助ける | 滑面小胞体 |
| 物質を仕分けして梱包する | ゴルジ体 |
| 物質を分解する | リソソーム |
| 水や溶けた物質を貯蔵する | 液胞 |
| 食物から利用可能なエネルギーを取り出す | ミトコンドリア |
| 光エネルギーを取り込む | 葉緑体 |
この対応はすべての細胞に完全に当てはまるわけではありませんが、出発点としてはとても有効です。
細胞小器官についてのよくある誤解
すべての小器官は膜で囲まれていると言う
それは広すぎる言い方です。リボソームは基礎生物学では通常小器官として扱われますが、膜で囲まれてはいません。
核があらゆる過程を直接動かしていると考える
核はDNAを保存し、遺伝子の利用を調節しますが、多くの細胞活動は核の外にあるタンパク質、膜、シグナル伝達系に依存しています。
ミトコンドリアは動物細胞にしかないと思う
植物細胞にもふつうミトコンドリアがあります。植物も細胞呼吸を行います。
葉緑体はすべての植物細胞にあると思い込む
必ずしもそうではありません。たとえば多くの根の細胞には、通常、葉緑体がありません。光合成を行わないからです。
過程を追わずに名前だけを暗記する
学生は一覧は覚えていても、小器官がどう協力するかを説明できないことがよくあります。タンパク質分泌のように1つの経路を追うほうが、つながりのないラベルを暗記するよりずっと役立ちます。
細胞小器官が重要になる場面
細胞小器官は、細胞生物学、顕微鏡観察、遺伝学、生理学、医学で重要です。細胞になぜ構造があるのか、タンパク質がどうつくられどう運ばれるのか、植物と動物が細胞レベルでなぜ異なるのか、そして細胞内区画が正常に働かなくなったときに一部の病気で何が起こるのかを説明する助けになります。
この話題を理解すると、その後の内容も学びやすくなります。タンパク質合成 はリボソームと粗面小胞体の働きを知っていると理解しやすくなり、植物細胞と動物細胞の違い も葉緑体と液胞を理解しているとつかみやすくなります。
似た問題に挑戦してみよう
「膜タンパク質をつくる」や「葉の細胞に水を蓄える」のように、細胞の仕事を1つ選び、関わる小器官を正しい順序で挙げてみましょう。あいまいな物語にせず経路を説明できるなら、概念がつかめてきています。
さらに練習したいなら、このページを タンパク質合成、細胞膜、植物細胞と動物細胞の違い と比べてみてください。