細胞小器官のはたらき

消化酵素をつくるすい臓の細胞にはリボソームがぎっしり詰まっています。酵素はすべてタンパク質で、リボソームの上でつくられるからです。

一つのタンパク質を追う

細胞小器官を覚えるいちばんの近道は、一つの製品が細胞の中を進む道筋を追うことです。たとえば、すい臓の細胞が腸へ送り出す消化酵素をつくっているとします。指令は、DNAがおさめられている最大の細胞小器官、核から始まります。一つの遺伝子の写しが伝令RNA（mRNA）としてつくられ、核膜の孔を通って核の外へ出ます。核膜は核を包む二重の膜です。

核の中には色の濃い部分、核小体があります。核小体自身はタンパク質をつくりません。リボソームRNAとタンパク質を組み立ててリボソームの大小二つのサブユニットをつくり、同じ孔から送り出します。リボソームは伝令RNAを読み、そこに書かれた順にアミノ酸をつなぎます。サイトゾルに浮かんでいるリボソームもあり、それらはサイトゾルにとどまるタンパク質をつくります。ほかのリボソームは粗面小胞体の外側についています。

粗面小胞体とゴルジ体

粗面小胞体は、核膜につながった、折りたたまれた膜のシートの集まりです。表面にリボソームがついているので電子顕微鏡ではつぶつぶに見え、それが名前の由来になっています。細胞の外へ送り出すタンパク質は、つくられながら小胞体の内側へ送りこまれます。そこで折りたたまれ、糖などの側鎖がつくこともあります。肝細胞のようにタンパク質をたくさん送り出す細胞には、粗面小胞体がたくさんあります。滑面小胞体は粗面小胞体とつながっていますが、リボソームはほとんど、またはまったくついていません。脂質やステロイドホルモンをつくり、一部の薬や毒物を分解し、カルシウムイオンをたくわえます。筋細胞では、特別な滑面小胞体が収縮のたびにきっかけとなるカルシウムを放出します。

次にタンパク質は、輸送小胞という小さな膜の袋に入って小胞体を離れ、平たい袋が積み重なったゴルジ体へ向かいます。小胞は小胞体に面した側、シス面に到着します。タンパク質がゴルジ体を通り抜ける間に糖がさらに加えられ、送り先の住所のような小さな化学的な目印がつけられます。反対側のトランス面で、タンパク質は分泌小胞に詰めこまれます。その小胞が細胞膜と融合し、酵素を外へ放出します。だ腺の細胞や抗体をつくる免疫細胞のように分泌の多い細胞では、ゴルジ体が大きく発達しています。植物細胞では、ゴルジ体は細胞壁の多糖類の一部もつくります。モデルで「再生」を押すと、小胞がゴルジ体から細胞膜へ移動するようすが見られます。

リサイクルとエネルギー

リソソームは消化酵素がいっぱいに詰まった小さな袋です。これらの酵素は酸性のもとでよく働き、リソソームの内部は細胞質より酸性なので、ほかの場所で害をおよぼすことはありません。リソソームはタンパク質、糖、脂肪、核酸、古くなった細胞小器官を分解します。マクロファージという白血球では、細胞膜が細菌を包みこんでちぎれて小胞になり、そこにリソソームが融合して病原体を消化します。

こうした仕事にはすべてエネルギーが必要です。ミトコンドリアは細胞呼吸によって細胞のATPの大部分をつくります。細胞呼吸は酸素を使い、二酸化炭素を出します。あなたがはく二酸化炭素は、この反応から生まれたものです。ミトコンドリアには二つの膜があり、内膜は折れこんでクリステをつくり、ATPをつくるための表面積を増やしています。モデルでミトコンドリアを切ってみると、そのひだが見えます。エネルギーをたくさん使う筋細胞には、ミトコンドリアがぎっしり詰まっています。ミトコンドリアと葉緑体は独自のDNAとリボソームももっています。これはその由来を知る手がかりで、次の単元でまた登場します。

生物学者はよくこれを「形は機能に従う」とまとめます。細胞の部位はその細胞の仕事に合っているということです。すい臓の細胞はリボソームと粗面小胞体でいっぱいで、筋細胞はミトコンドリアでいっぱいです。小腸の内側をおおう細胞では、細胞膜が微絨毛という小さな指のような突起に折れこみ、栄養を吸収するための表面積を増やしています。