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細胞の機能と構造
(1)細胞の発見と細胞説
 生命の基本単位である細胞は、1665年、イギリスの物理学者ロバート・フックによって発見されました。彼はコルクはなぜ軽くて水に浮くのかを調べるために、顕微鏡を用いて観察した所、多数の中空の構造がある事に気づき、これを細胞と名付けました。フックが観察したのは、死んだ植物細胞の細胞壁でした。
 その後、1674年、オランダのレーウェンフックにより、初めて生きた細菌の細胞が観察されました。 19世紀に入ると、細胞と生命活動の関連性が気付かれたはじめました。まず1838年、ドイツの植物学者 シュライデンが植物について、「植物体はすべて細胞から成り立っている」という植物の細胞説を提唱しました。 翌1839年、シュライデンの友人であるドイツの動物学者シュワンが動物について、「動物体も細胞を基本単位として成り立っている」という動物の細胞説を提唱しました。
 その後、ドイツのフィルヒョーによって「生命のからだはすべて細胞からできており、細胞は生物の構造と機能の単位である」という細胞説が確立しました。
細胞の大きさは、そのほとんどが肉眼では見ることができないほど小さく顕微鏡の発達によって観察できる分解能が高まり、細胞の内部構造が徐々に明らかになっていきました。


[過去問例題1-1]
平成22年第2回第1問(1)[高認生物]
※解答はページ下部にあります。

(2)細胞の基本構造
 細胞の見た目や機能はさまざまに異なるが、基本的な構造は同じである。 細胞は細胞質、それを囲む細胞膜からなる。 また、核と細胞質を合わせて原形質とも呼ぶ。 細胞質には、さまざまな機能と構造をもつ小さな器官があり、これを核とともに細胞小器官と呼ぶ。細胞小器官どうしの間は、水・タンパク質などで満たされており、これを細胞質基質と呼ぶ。 動物の体を構成する細胞を動物細胞、植物の体を構成している細胞を植物細胞という。


共通している部分も多いが、相違点として植物細胞には、動物細胞にはない葉緑体、細胞壁がある。 また、植物細胞では液胞が発達しているが、動物細胞では非常に小さい。

核は、DNAという物質とたんぱく質からなる染色体(DNA)、 そのまわりを満たす核液、その中に1~数個の核小体を含み、 それらを核孔と呼ばれる多数の孔が開いた、二重の薄い膜でできた核膜が囲んでいる。 基本的に、1つの細胞は1つの核をもつが、ヒトの赤血球のように核をもたない細胞もあり、 またヒトの骨格筋の筋細胞のように1つの細胞が複数の核をもつものもある。 核は細胞の生存や増殖に必要なものであって、赤血球のように核を失った細胞は長く行き続けることはできない。
細菌類やラン藻類の細胞は、細胞内に染色体はもっているが、それを包む核膜をもっていない。 このような細胞を原核細胞と呼ぶ。 これに対して、染色体が核膜に包まれている細胞を真核細胞と呼ぶ。 原核細胞は、真核細胞よりも小さく内部構造も単純である。

高認試験でも、名称と役割を問われる問題が出題されていますので覚えてください。
※高認で押さえておくレベル
名称 役割
細胞全体の生命活動の指令塔
染色体(DNA)
遺伝子の担い手。同じ遺伝形質を伝える。 
ミトコンドリア
エネルギー生成。呼吸の場
葉緑体
(植物細胞のみ)
光合成の場(光のエネルギーを利用して水と二酸化炭素から炭水化物を合成する)
細胞膜 細胞質をつつみ細胞の形を保つ。
細胞壁
(植物細胞のみ)
植物細胞全体を包み形を保持する。主成分はセルロース。
ゴルジ体 たんぱく質の分泌や貯蔵に関係している。


[過去問例題1-2]
平成21年第1回第1問(1)[高認生物]
※解答はページ下部にあります。

[過去問例題1-3]
平成22年第2回第1問(2)[高認生物]
※解答はページ下部にあります。

(3)細胞膜の性質
[膜の種類と透過性]
 細胞が生きていくためには、必要なものを細胞内に取り入れ、不必要なものを細胞外に捨てなければならない。 そのため、細胞膜は重要な働きをしている。 細胞膜は、特定の物質を選択的に通す事ができる。これを選択透過性という。 細胞膜は、水分子や小さい分子は通すが、大きい分子は通さない。このような性質を半透性という。 水分子も溶質もすべて通す性質を全透性という。細胞壁は全透性である。
透過性 特徴 膜の種類 膜の例
不透性 水分子も水に溶けている小さい分子もすべて通さない。 不透膜 ビニル膜
半透性 水分子と水に溶けている小さい分子は通すが、大きい分子は通さない。 半透膜 細胞膜
全透性 水分子も水に溶けている大きい分子もすべて通す。 全透膜 細胞壁

[溶液の濃度と浸透]
細胞をいろいろな濃度の溶液に浸す時、溶液の濃度が細胞内液の濃度より高いか低いかで次の3つに分けられる。
高張液 細胞内液よりも濃度が高い溶液。⇒細胞は収縮する。
等張液 細胞内液と濃度が同じ溶液。⇒細胞は変化しない
低張液 細胞内液よりも濃度が低い溶液。⇒細胞は膨張する。

 植物細胞を高張液に入れると、細胞内部の水が外液へと移動し、細胞は縮小し始める。 柔らかい細胞膜は収縮するが、かたい細胞壁は変形しないので、細胞膜が細胞壁から離れる現象が起こる。 これを原形質分離と呼ぶ。


[過去問例題1-4]
平成22年第2回第1問(5)[高認生物]
※解答はページ下部にあります。

(4)細胞の増殖
[細胞分裂]
細胞分裂とは、一つの細胞が分裂して複数の細胞を生じる過程である。 細胞分裂する前の細胞は母細胞、細胞分裂した後あらたに生じる細胞を娘細胞と呼ぶ。 細胞分裂には大きく分けて体細胞分裂減数分裂がある。

[体細胞分裂]
皮膚の細胞や神経細胞などの「通常の細胞」を生じる過程である。
細胞分裂は、あらゆる場所で生じているのではなく、それが見られるのは、ごく限られた場所の少数の細胞です。 細胞は常に分裂し続けているわけではなく、分裂期と分裂していない間期に分けることができ、分裂期と間期を繰り返す細胞周期を持っている。
対細胞分裂

細胞周期 解説
間期 ・染色体やタンパク質が合成される。
・染色体のコピーがおこなわれる。
分裂期 前期 ・中心体が分離し、核膜、核小体が消失する。
・染色体が太く短くなる。
・中心体のまわりに星状体が見られる。
中期 ・染色体が赤道面にならぶ。
後期 ・染色体が分離し両極に移動
終期 ・染色体が細く長くなり、核膜と核小体が現れる。
・核分裂が終了する。
・核分裂の後、細胞質がくびれて細胞質分裂が起こる。

[減数分裂]
 生殖に関わる生殖細胞を生じる過程である。生殖細胞には大きく分けて配偶子(卵と精子)と胞子がある。(大問2対策で詳しく勉強!)

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細胞内の物質の出入り
単細胞と多細胞
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