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原核細胞と真核細胞　高校生物基礎

【 note : https://note.com/yaguchihappy 】 原核生物と真核生物の違いについて講義します。 語呂「共生したのはまーぐれです（共生説を提唱したのはマーギュリス）」 語呂「厳格な家に幕はない（原核細胞内に膜系はない、つまり膜で包まれたミトコンドリア、葉緑体、ゴルジ体、核などの膜で包まれた細胞小器官がない）」 膜構造の進化が本質です。 ●共生説：ミトコンドリアと葉緑体は、真核生物の祖先の細胞に、それぞれ好気性細菌とシアノバクテリアが取りこまれて共生してできたと考えられている。そのような説を細胞内共生説、または共生説という。共生説はマーグリス（マーギュリス）によって提唱された。 ●共生説の根拠→葉緑体とミトコンドリアは ①独自のＤＮＡ（環状）やリボソームをもつ。 ②半自律的に分裂で増殖する（増殖に必要な遺伝子のほとんどは核内のＤＮＡにあるためミトコンドリアや葉緑体は単独では分裂できない。したがって「半自律的に」増殖すると表現する）。 ③二重膜で包まれている（二重膜構造である）。 ●共生の過程で、二重膜構造が形成されたと考えられている。宿主（真核生物の祖先）は古細菌の一種であったと考えられている。 ●好気性細菌・シアノバクテリアが真核生物の祖先の細胞（おそらく古細菌の細胞）に入った瞬間に、そのままミトコンドリア・葉緑体になったわけではない。好気性細菌・シアノバクテリアの持っていたDNAの多くが、真核生物の祖先の細胞がもっていたDNAに移動するなど、様々な変化があったと考えられている（その機構はわかっていない）。 多くの遺伝子が移動したので（不正確な言い方をすれば、もともと好気性細菌・シアノバクテリアが持っていた遺伝子が、真核生物に奪われたので）現在、もうミトコンドリア・葉緑体は、細胞外では単独では増殖できなくなっている。したがって、ミトコンドリア・葉緑体は生物とは呼べない）。 ●好気性細菌の共生の場合、宿主の古細菌由来の膜は消失し、好気性細菌由来の外膜と細胞膜が残ったと考えられている。また、シアノバクテリアは２枚の膜（外膜と細胞膜）で包まれている（外膜の役割についてはよくわかっていない）。共生が起きた際、宿主細胞の細胞膜が加わったとすると、葉緑体は計３枚の膜をもつはずである。現在見つかっている２重膜構造を持つ葉緑体は、そのもともとあった３枚の膜のうち、１枚を失ったことになる（葉緑体の内膜はシアノバクテリアの細胞膜由来、葉緑体の外膜は、宿主の細胞膜またはシアノバクテリアの外膜由来と考えられている）。 ＊ただし、好気性細菌とシアノバクテリアの共生の過程については謎が多く、完全には解明されていない。 ●ミトコンドリアを獲得したタイミングの前後で、真核生物の祖先の細胞は、自身の細胞膜を折り曲げて核膜を形成したと考えられている（細胞膜がくびれて核膜ができた。自身のDNAを守ったか？スプライシングの場所を確保したか？理由は明らかになっていない）。なお、ミトコンドリアの獲得と核の獲得のどちらが先に起こったのかは明らかになっていない。 ●まず好気性細菌の共生が起こり、その後、すでにミトコンドリアを獲得した初期の真核細胞にシアノバクテリアの共生が起こったと考えられている。「ミトコンドリアをもつが葉緑体をもたない細胞」は存在するが、「ミトコンドリアをもたずに葉緑体をもつ細胞」は存在しないからである。 ●ミトコンドリアDNAは、変異の速度が速く（理由不明）、核DNAより多量に存在するので、分析しやすい。また、ミトコンドリアDNAは卵細胞にのみ由来する（細胞質を通して母性遺伝する）ので、起源をたどりやすい。 ●現在では、ミトコンドリアの内膜・外膜はどちらも細菌に由来し、真核生物の祖先由来の膜は退化したと考えられている。ちなみに、細菌では、解糖系やクエン酸回路は細胞質基質で、電子伝達系は細胞膜で行われる。 ●ミトコンドリアＤＮＡには、呼吸に関係する遺伝子の他、ｒＲＮＡやｔＲＮＡの遺伝子が含まれる。 ●真核生物の祖先は捕食者だったと考えられている。おそらく、効率よく捕食したり、細胞内で物質を輸送したりするために、真核生物は細胞骨格とモータータンパク質を獲得した。そして、それらの運動によって自らの遺伝子が傷つかないよう、核膜でＤＮＡを包んだのかもしれない。 問題：以下の構造のうち、原核細胞にみられる構造をえらべ。ない場合は「なし」と答えよ。 ①ミトコンドリア　②葉緑体　③核膜　④小胞体　⑤ゴルジ体 ⑥リボソーム　⑦ＤＮＡ　⑧細胞膜　⑨細胞壁 答え：⑥⑦⑧（⑥⑦⑧は全生物が持つ）⑨（植物細胞の細胞壁とは成分が異なる） 問題：以下から原核生物をすべて選べ。 ①大腸菌　②乳酸菌　③ネンジュモ（シアノバクテリア）　④酵母菌　⑤アメーバ　⑥ＨＩＶ 答え：①②③（④酵母菌は「菌類」（細菌類と菌類は違う！！！生活スタイルに似た部分があるので同じ漢字があてられているが、遺伝学的に遠く離れたグループ！）なので真核生物。⑤アメーバは「原生生物（植物・菌類・動物以外の真核生物の総称）」なので真核生物。⑥は「ヒト免疫不全ウイルス」。ウイルスは細胞構造を持たないので高校では生物に含めない） 問題（発展）：真核生物は膜で包まれた構造体を細胞内にもつ。この利点は何か。 答え：ある特定の反応に関わる酵素や基質（基質とは酵素が働きかける物質のこと）を膜で仕切られた狭い空間に集中させることで反応の効率を上げることができる（たとえばミトコンドリアには呼吸に関係する酵素や基質が集中している。同様に、核はＤＮＡの複製や転写を、葉緑体は光合成を行うのに最適化された場所になっている。ちなみにデメリットは、膜内まで酵素や基質を輸送するシステムや、そのためのエネルギーが必要になることである） #生物基礎 #生物 #細胞