生命の科学

2007 年度秋学期　金曜　 I 講時同志社女子大学　 2007 年 10 月 5日

今日の話題

1. 生物の階層性2. 細胞の構造3. 遺伝子はどこにあるか？4. 細胞の増えかたー細胞分裂

色々な生物

分類学の父：カール・フォン・リンネ

ナショナル・ジオグラフィック　 2007 年 6 月号

生物の分類

リンネ ヘッケル コープランド ホイタッカーマーギュリス

地球上の全生物はどう分類できるか？　　　　大分類の問題

生物の大分類

・ 細菌はさらに二つのグループ（真正細菌と古細菌）に大別される。・ 真核生物は系統分類学的には古細菌に近い。・ 真核生物の細胞内に共生している葉緑体・ミトコンドリア（後述）は 真正細菌に由来する。

原核生物

真核生物

生物の大分類

外界との区別 オルガネラ 大分類 ゲノム構造

動物界 ２本鎖 DNA膜状構造 植物界 ２本鎖 DNA

細胞構造 菌界 ２本鎖 DNA原生生物界 ２本鎖 DNA

非膜状構造 モネラ界 藍藻 ２本鎖 DNA細菌 ２本鎖 DNA

非細胞構造 ウイルス ２本鎖 DNA１本鎖 DNA２本鎖 RNA１本鎖 RNA

真核生物と原核生物の対比真核生物 原核生物

・細胞内小器官 核・葉緑体・ なし（もしくは少数）ミトコンドリアなど

・ゲノム DNA クロマチン構造 非クロマチン構造染色体（線状分子） 環状分子

・リボゾーム ８０ S ７０ S

（６０ S＋４０ S） （５０ S＋３０ S)

・タンパク質 シクロヘキシミド クロラムフェニコール　合成阻害剤 エリスロマイシン・代謝 好気性 嫌気性・好気性・細胞骨格 あり なし

生物の階層性

例（動物） 例（植物）集団（個体群）： 岩田山集団 宝ヶ池集団個体： ボス猿 A タンポポ個体 A器官系： 循環器系 花序器官： 肺 花器官組織： 気管支 花弁

細胞： 上皮細胞 色素細胞

細胞小器官： ミトコンドリア 葉緑体分子： ユビキノン クロロフィル原子： 窒素 炭素

（例１）コムギ

（例２）ヒトの指

生物の階層性

例（動物） 例（植物）集団（個体群）： 岩田山集団 宝ヶ池集団個体： ボス猿 A タンポポ個体 A器官系： 循環器系 花序器官： 肺 花器官組織： 気管支 花弁

細胞： 上皮細胞 色素細胞

細胞小器官： ミトコンドリア 葉緑体分子： ユビキノン クロロフィル原子： 窒素 炭素

細胞説

細胞は全ての生物の構造および機能の単位であり、いわば生物体制の一次的要素である。 Schleiden (1838) 、 Schwann (1839)

１）すべての生物は細胞から構成されている２）細胞はすでに存在する細胞からのみ生成

される ３）細胞は生命の最小単位である

多くの生き物は受精卵（一細胞）から発生する

最初の細胞はいつできた？

細胞の構造

生体膜の構造と役割

・自他の境界を作る・生化学反応の場

植物細胞と動物細胞の対比

植物細胞 動物細胞細胞壁 ある ない葉緑体 ある ない液胞 ある ない中心体 ない ある

分裂様式 細胞板形成 くびれ形成

細胞の増殖

細胞の数が増えるのは「細胞分裂」による

すべての細胞は、細胞から生じた

細胞分裂の際、母親細胞が持つ遺伝情報を正確にコピーし、娘細胞に伝えなければならない

このコピーの際のエラーが体細胞突然変異の原因の一つ

細胞は細胞から生じる

細胞と遺伝子（概略）

ビデオ

ヒトの細胞に含まれる遺伝子（ DNA ）についての概説

遺伝子の所在

ヒト細胞では、核とミトコンドリア

核 ミトコンドリア形状 染色体（直鎖 DNA ）環状 DNA

大きさ 30億塩基対 1万 7千塩基対コピー数 2 組 1000以上由来 両親 母親

ゲノムとは？ある生物をその生物足らしめるのに必須

な遺伝情報その生物の遺伝子の総和である

1920 年に H. Winkler によって配偶子が持つ染色体の一組として定義された。後にコムギの研究を通して木原均（ 1930年）がある生物をその生物足らしめるのに必須な遺伝情報として概念的に定義し直した。通常二倍体細胞においてはその半数体に含まれる遺伝情報を意味する。

ゲノムとは？

半数体ヒトゲノムは約 30億塩基対からなり、体細胞は 2倍体であるため約 60億塩基対の DNAを核内に持っている。

分裂酵母では 3 本の染色体 DNA 上に、大腸菌やミトコンドリアでは一つの環状 DNA 上に保持されている。

ゲノムサイズSpecies Genome size (bp)HIV type 1 9,750Escherichia coli 4,639,221

Saccharomyces cerevisiae 12,067,280Schizosaccharomyces pombe 14,000,000Caenorhabditis elegans 100,000,000Drosophila melanogaster 165,000,000Fugu rubripes 400,000,000Xenops laevis 3,100,000,000Gallus gallus 1,200,000,000Homo sapiens 3,400,000,000Mus musculus 3,500,000,000Bos taurus 3,700,000,000

Arabidopsis thaliana 100,000,000Oryza sativa 400,000,000Zea mays 5,000,000,000Triticum aestivum 16,000,000,000

ヒトゲノムHuman chromosomes (G-banded), 2n=2x=44+XY)

二次狭窄付随体

動原体

染色分体

短腕

長腕ヒトゲノムについてのホームページhttp://www.lif.kyoto-u.ac.jp/genomemap/

二つの細胞分裂

体細胞分裂（ mitosis ）：・体細胞を生成する分裂・娘細胞は全く同一の染色体構成・１回の DNA複製と１回の分裂・１個の細胞から２つの娘細胞

減数分裂（ meiosis ）：・生殖細胞を生成する分裂・娘細胞は異なった染色体構成・ 1回の DNA複製と 2回の分裂・１個の細胞から４つの娘細胞

細胞周期（ cell cycle ）G1 期（第１間期）：約 10 時間

細胞周期中で最も長い期間。 DNA 合成に必要なタンパク質が合成される。 G1/S check pointを通過すると、 S期への進行が決定される。

S期（ DNA Synthesis phase ）：約9時間DNA の複製が行われる期間。ヒストン合成とリンク。細胞は二倍体 (2n) から四倍体 (4n) に変化。

G2 期（第２間期）：約4時間有糸分裂の準備期間。染色質の凝縮とパッキングが起こる。 G2/M check pointを通過すると、M期への進行が決定される。

M期（有糸分裂 Mitosis ）：約1時間有糸分裂の開始から終了までの期間。

G1/S check point

G2/M check point

体細胞分裂１．前期染色体の凝縮

２．前中期核膜の崩壊

３．中期紡錘体の形成、赤道面への染色体の配置

４．後期姉妹染色分体の分離

５．終期核膜の再構築、染色体の脱凝縮

６．細胞質分裂細胞質の分配

細胞と遺伝子（概略）

体細胞分裂の模式図

体細胞分裂（タマネギ）

体細胞分裂

ヒト培養細胞の細胞分裂（クイックタイムムービー）

体細胞分裂（ソラマメ）

前期 中期

後期 終期

クイズ

出席確認用紙（マークシート）を利用して、以下の問いに答えてください。

（１）植物細胞内で DNAをもつのは核とミトコンドリアだけである。はい→１ いいえ→２

（２） DNA に書かれている遺伝暗号は何種類の文字で構成されている？

（３）ヒトの染色体は 46 本である。はい→１ いいえ→２

（４）ヒトのミトコンドリアは母親からしか子に伝わらない。はい→１ いいえ→２

（５）高等な生物ほどゲノムサイズは大きい。はい→１ いいえ→２

クイズの答え

（１）植物細胞内で DNAをもつのは核とミトコンドリアだけである。（選択肢２）

いいえ。葉緑体も DNAを持っています。

（２） DNA に書かれている遺伝暗号は何種類の文字で構成されている？（選択肢４）

4種類（アデニン、グアニン、シトシン、チミン）です。

（３）ヒトの染色体は 46 本である。（選択肢１）はい。女性は 22+XX 、男性は 22+XY です。

（４）ヒトのミトコンドリアは母親からしか子に伝わらない。（選択肢１）はい。したがってミトコンドリアに異常による遺伝病（ミトコンドリ

ア脳筋症）は母親から遺伝します。

（５）高等な生物ほどゲノムサイズは大きい。（選択肢２）いいえ。原核生物と真核生物とを比べると原核生物ははるかに小さい

ゲノムを持ちます。しかし、脊椎動物では両生類の一部が最大のゲノムを持ち、霊長類よりゲノムサイズが大きいです。