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| 細胞生物学 | |
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| 動物細胞図 | |
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細胞生物学では、細胞質は細胞膜に囲まれた真核 細胞内のすべての物質を指しますが、細胞核は除きます。核内の核膜に含まれる物質は核質と呼ばれます。細胞質の主な構成要素は、細胞質（ゲル状の物質）、細胞小器官（細胞の内部サブ構造）、およびさまざまな細胞質封入体です。細胞質は約80%が水で、通常は無色です。[1]
細胞小器官と粒子を除いた後に残る、顕微鏡では見えない基底細胞物質、つまり細胞質マトリックスが基底質です。これは光学顕微鏡の硝子質に相当し、非常に複雑な多相系で、リボソーム、ミトコンドリア、植物プラスチド、脂肪滴、液胞などのより大きな細胞小器官を含む、分解可能なすべての細胞質要素が懸濁されています。
細胞質内では、解糖、光合成、細胞分裂などのプロセスを含む多くの代謝経路など、多くの細胞活動が行われます。 集中した内部領域は内質と呼ばれ、外層は細胞皮質または外質と呼ばれます。
細胞質内外へのカルシウムイオンの移動は代謝プロセスのシグナル伝達活動である。[2]
植物では、液胞の周りの細胞質の動きは細胞質流動として知られています。
歴史
この用語は1863年にルドルフ・フォン・ケーリカーによって導入され、もともとは原形質の同義語でしたが、後に核外の細胞物質と細胞小器官を意味するようになりました。[3] [4]
細胞質の定義については意見の相違があり、一部の研究者は細胞質からいくつかの細胞小器官、特に液胞[5]や時にはプラスチド[6]を除外することを好む。
物理的性質
細胞質のさまざまな成分がどのように相互作用して、細胞の構造を維持しながら細胞小器官の動きを可能にしているかは、まだ不明です。細胞質成分の流れは、細胞質の透過性に依存する多くの細胞機能で重要な役割を果たしています。 [7]こうした機能の一例は細胞シグナル伝達で、これはシグナル伝達分子が細胞全体に拡散する方法に依存するプロセスです。 [8]カルシウムイオンなどの小さなシグナル伝達分子は容易に拡散できますが、より大きな分子や細胞内構造は、細胞質を通過するのに補助が必要な場合が多いです。[9]このような粒子の不規則なダイナミクスから、細胞質の性質に関するさまざまな理論が生まれました。
ゾルゲルとして
細胞質がゾル-ゲルのように振舞うという証拠は古くからある。[10]細胞質を構成する分子と構造は、時には無秩序なコロイド溶液（ゾル）のように振舞い、時には統合されたネットワークのように振舞い、固体の塊（ゲル）を形成すると考えられている。この理論は、細胞質が細胞質成分間の相互作用のレベルに応じて異なる流体相と固体相で存在すると提唱しており、これは細胞質内を移動するさまざまな粒子の異なるダイナミクスを説明できるかもしれない。ある論文では、 100 nm未満の 長さスケールでは細胞質は液体のように振舞い、それより大きい長さスケールではゲルのように振舞うことが示唆されている。[11]
ガラスとして
細胞質はガラス転移に近づくとガラス形成液体のように振舞うと提案されている。[9]この理論では、細胞質成分の濃度が高くなるほど、細胞質は液体のように振舞わなくなり、固体ガラスのように振舞い、より重要な細胞質成分がその場で凍結する（細胞の代謝活動によって細胞質が流動化し、そのようなより重要な細胞質成分の移動が可能になると考えられている）。[9]休眠期のように代謝活動がない場合に細胞がガラス化する能力は、防御戦略として有益である可能性がある。固体ガラスの細胞質は細胞内構造をその場で凍結し、損傷を防ぐと同時に、小さなタンパク質や代謝産物の伝達を可能にし、細胞が休眠状態から復活したときに成長を再開させるのに役立つ。[9]
他の視点
研究では、細胞質の性質とは無関係に細胞質粒子の運動が調べられてきました。このような代替アプローチでは、モータータンパク質によって引き起こされる細胞内の集合的なランダムな力が、細胞質成分の非ブラウン運動を説明します。 [12]
構成員
細胞質
細胞質は、膜で囲まれた細胞小器官に含まれない細胞質の部分です。細胞質は細胞容積の約70%を占め、細胞骨格フィラメント、溶解した分子、水の複雑な混合物です。細胞質のフィラメントには、細胞骨格を構成するアクチンフィラメントや微小管などのタンパク質フィラメントのほか、リボソーム、プロテアソーム、神秘的なヴォールト複合体などの可溶性タンパク質や小さな構造が含まれます。[13]細胞質の内側の顆粒状のより流動的な部分は、小質と呼ばれます。
この繊維のネットワークと、タンパク質などの溶解した高分子の高濃度により、高分子の混雑と呼ばれる効果が発生し、細胞質は理想的な溶液として機能しません。この混雑効果により、細胞質の成分が互いに相互作用する方法が変わります。
細胞小器官
細胞小器官（文字通り「小さな器官」）は通常、細胞内の膜で囲まれた構造で、特定の機能を持ちます。細胞質に浮遊する主要な細胞小器官には、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体、液胞、リソソーム、植物細胞では葉緑体などがあります。
細胞質封入体
封入体は細胞質に浮遊する不溶性物質の小粒子である。多種多様な封入体が様々な細胞型に存在し、植物のシュウ酸カルシウムや二酸化ケイ素の結晶[14] [15]から、デンプン[16] 、グリコーゲン[17]、ポリヒドロキシ酪酸[18]などのエネルギー貯蔵物質の顆粒にまで及ぶ。特に広く見られる例は脂肪滴で、これは脂質とタンパク質からなる球状の液滴であり、脂肪酸やステロールなどの脂質を貯蔵する方法として原核生物と真核生物の両方で使用されている。[19]脂肪滴は特殊な脂質貯蔵細胞である脂肪細胞の体積の大部分を占めるが、他のさまざまな細胞型にも見られる。
論争と研究
細胞質、ミトコンドリア、およびほとんどの細胞小器官は、母体配偶子から細胞に寄与するものである。細胞質が活動的であるという概念を無視する古い情報とは対照的に、新しい研究では、細胞質が粘塑性挙動と細胞質ネットワーク内の結合破壊の逆率の尺度によって、細胞内外の栄養素の移動と流れを制御していることが示された。[20]
細胞質の物質的特性については、現在も研究が続けられている。光ピンセットを用いて生きた哺乳類の細胞質の機械的挙動を測定する方法が記載されている。[21]
参照
参考文献
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- ^ フォン・ケルリカー R (1863)。 「4.オーフラージュ」。Handbuch der Gewebelehre des Menschen。ライプツィヒ：ヴィルヘルム・エンゲルマン。
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外部リンク
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