細胞の成り立ち

酸素は水や有機化合物の他に、呼吸で取り込んだ酸素ガス、炭素は有機化合物の他に、呼吸で排出する二酸化炭素中にも存在します。
水素は水や有機化合物に使われ窒素はアミノ酸や塩基の原料となります。
酸素、炭素、水素、窒素の4種類は主要四元素と呼ばれています。

これに続き、神経細胞や細胞調整に使われるカルシウム・染色体やリン酸として使われるリン・ナトリウム・カリウム・塩素・マグネシウム・鉄・硫黄などが続き、さらに微量元素と呼ばれる亜鉛・マンガン・フッ素・ヨウ素・クローム・バナジュウム・セレニュウム・モリブデン・銅・コバルト・ケイ素・ヒ素・ニッケル・ホウ素・フッ素・アルミニュウム・鉛などがあります。


全ての細胞を構成し、複雑な生命現象に関わっている分子(生体分子)は、大きく分けて低分子(小有機分子)と高分子(生体高分子)の2種類があります。

小有機分子は、分子量が100から1000まで、炭素数30までの炭素化合物です。
それらは、糖、脂肪酸、アミノ酸およびヌクレオチドの4種類に分けることができます。

生体高分子は、各々の小有機分子がユニットとなり、それらがつながったものであります。糖がつながって多糖ができ、脂肪酸から脂質ができ、アミノ酸からタンパク質ができ、ヌクレオチドがつながって核酸ができます。
したがって、生体高分子も糖質、脂質、タンパク質、核酸の4種類に分けることができます。
生体高分子のうち、タンパク質は様々な生命現象を直接担っています。
タンパク質は数万種類以上あり、多種多様です。

タンパク質は，わずか20種類のアミノ酸が鎖状に連結して作られていますが、それらの並び方が膨大な数であるのに対応して、極めて多種類のタンパク質が存在しています。
1種類のタンパク質は、それ固有のアミノ酸の並び方をしており、その結果として独自の特異的な働きを担う、このように、タンパク質は全体としての多様性と個々としての独自性(特異性)を併せ持っています。

アミノ酸のうち9種類が、人体で合成できず、必須量が満たされないため、外部から必ず摂取しなければならないもので、必須アミノ酸といわれます。
タンパク質を摂取すると体内でアミノ酸に分解、吸収され、各組織に適したタンパク質に再合成され臓器、筋肉、皮膚、毛髪、ホルモン、神経伝達物質となっていきます。

糖質は炭素と水からできる化合物の総称で、その組成式は一般的にCm(H2O)nと表現できます。
地球上にある有機化合物の中で最も多量に存在し、「『炭（素）』と『水』の『化（合）物』」だから「炭水化物」ともいわれるのです。

糖質は一般的に、分子の大きさによって、単糖、オリゴ糖、多糖に分類されます糖質の中で、単糖のリボースがヌクレオチドの成分として重要で、グルコースはエネルギー源となり、単純多糖化するとグリコーゲンとなってエネルギー貯蔵能を持ちます。
多糖のグリコサミノグリカンは細胞外マトリックス（後述）に多く含まれます。

糖質を構成する糖鎖は、ガラクトースやマンノース、アミノ糖などの単糖が鎖のようにつながったもので、タンパク質や脂質と結合した複合糖質となって、私たちのからだを構成する細胞の表面にたくさん飛び出ています。

複合糖質の種類
1.糖鎖＋タンパク質＝糖タンパク
2.糖鎖＋脂質＝糖脂質
3.とても長い糖鎖（グリコサミノグリカン）＋タンパク質＝プロテオグリカン

脂質、生体成分のうち、水に溶けない物質をいい、体内では水分の次に多く含まれています。
脂質は、脂肪酸とグリセリンのエステル（化合物）で、生体に利用されます。
脂質は、大まかに三つに分けられます。
中性脂肪などの単純脂質、リン脂質やリポたんぱく質などの複合脂質、脂肪酸やコレステロールなどを含むステロイドなどの誘導脂質とに、大きく分けられます。

食物から体内に取り入れた脂質は、主に小腸で消化されます。
脂質の種類ごとに複雑な過程を経て取り込まれ、効率の良いエネルギー源として使われるほか、各種生理活性物質の原料となるなどさまざまな役割を果たしています。
余った脂質は、中性脂肪として体内に蓄えられますが、多く摂り過ぎれば肥満を招き、生活習慣病の原因となります。

核酸とは、塩基と糖、リン酸からなるヌクレオチドがリン酸エステル結合で連なった生体高分子です。
糖の違い（2位が、水素基（DNA）か水酸基（RNA）であるか） によって、2-デオキシリボースを持つデオキシリボ核酸 (DNA)とリボースを持つリボ核酸 (RNA)とがあります。


ヒトの体には生殖細胞と体細胞があり、そのほとんどを占める体細胞は約200種で、増殖方法から大きく3種類の組織に分けられます。

①生理的再生系組織では、正常な状態でも常に細胞が再生・機能・死にある3つの群が存在します。

血液の単球は数日から比較的長い赤血球でも120日程度で死を迎え、一方で骨髄の幹細胞から常に再生供給されます。
その入れ替わりは1分間に数億個に相当します。

表皮や消化器系の上皮も常に基底部で新しい細胞が作られ、表面の細胞は死んで脱落を繰り返します。
②条件再生系組織の細胞は、通常ではほとんど増えませんが、傷つくなど特別な状況で増殖を行います。

肝細胞はこの顕著な例で、分裂は通常の場合年に1回程度ですが、手術などで一部を除去しますと猛烈に増殖を行います。
例えば肝臓の70%を切除しても1週間程度で元に戻ります。
この種類の細胞になる幹細胞は未だ発見されていません。

③非再生系組織の細胞は増殖能力が無く、自然には再生しません。
神経細胞、骨格筋細胞、心筋細胞など特殊な機能に分化したものがこれに当たり、加齢とともに減少の一途を辿ります。
筋力トレーニングで骨格筋は太くなりますが、これは細胞が増えたのではなく細胞内のタンパク質が増えたものです。
同様に肥満も細胞が脂肪を蓄えたためで、脂肪細胞の数は基本的に変わりません。


わたしたちの「からだ」は、約60兆個の細胞でできています。
同じ形の細胞が集まって組織をつくり、 組織がいくつか集まって器官をつくり、また、いくつかの器官で「からだ」をつくっています。
そして、ひとつひとつの細胞が与えられた役割すなわち、代謝、タンパク質合成、消化、運動、分泌、物質輸送、遊走(ゆうそう)、分裂、情報伝達、をこなして、私たちは生きていくことができます。
細胞には、細胞がはたらくためはエネルギーが必要です。

細胞の活動エネルギーは、養分と酸素です。

酸素は肺胞から取り込まれ毛細血管に入ります。

血液には、二つの流れがあります。
心臓から肺に行き、心臓に戻ってくる肺循環と、心臓から全身に回り、心臓に戻ってくる体循環です。
心臓から出た血液は、動脈を通って、体の隅々にまで運ばれます。
動脈は枝分かれを繰り返し、細い血管に分かれます。

赤血球が、毛細血管の中を、形を変えながら流れていき、血液が運んできた酸素と養分を周りの組織に受け渡しします。
赤血球には、酸素を受け渡しする、ヘモグロビンがあり、ヘモグロビンは、酸素が多いところでは、酸素を受け取り酸素の少ない所では、酸素を手放す性質があります。
体を循環した血液は、腎臓の中にある血管を通る間に、血液中の水分や水に溶けた不要物が血管の外に出され、尿となります。

養分は食物として口より入り、歯で細かくかみ砕かれて胃に送られ、胃液に含まれる酸(塩酸)と蠕動(ぜんどう)運動である程度分解されドロドロの状態になります。
その後、十二指腸で膵液に含まれる消化酵素や胆汁でさらに分解され、最終的には小腸で分泌される消化酵素で吸収できる形にまで消化されて小腸で吸収されます。

糖質は糖類(単糖類および二糖類の総称)以外はデンプンの形で摂取します。
デンプンは口腔内で唾液に含まれる消化酵素アミラーゼの働きによって麦芽糖（二糖）に分解されます。
また分解しきれなかったデンプンは十二指腸で膵液に含まれるアミラーゼによってやはり麦芽糖まで分解されます。
ここまでで糖質は基本的に二糖以下の小さな分子になっています。
そういった二糖類は小腸で消化酵素マルターゼ(麦芽糖→ブドウ糖)、サッカラーゼ(ショ糖→ブドウ糖＋果糖)、ラクターゼ(乳糖→ガラクトース＋ブドウ糖)などの働きで単糖類に分解され、小腸で吸収されます。

脂質は、十二指腸で胆汁と膵液に含まれる消化酵素リパーゼで消化され、脂肪酸やグリセリンとなって小腸で吸収されます。

タンパク質は胃液に含まれる消化酵素ペプシンの働きでペプトンに分解されます。
その後、膵液や腸液に含まれる消化酵素でアミノ酸に分解され、小腸で吸収されます。

ビタミンは分解されると効果を失ってしまうので、基本的には消化の過程で出てきたものがそのまま吸収されます（種類によっては酵素などで吸収や体内輸送に都合のいい形に変化します）。
ミネラルはそもそも金属元素ですので、分解することはできません。
ビタミンとミネラルは小腸で吸収されます。

小腸の内側は、ひだがたくさんあり、さらにひだの表面は柔毛という小さな突起におおわれています。
吸収されやすい形になった養分は柔毛に吸収されます。
小腸はヒトのからだの中でいちばん長い器官です。
そのうえ、柔毛によって表面積を大きくしているので、効率よく養分を吸収できるつくりになっています。
柔毛は長さ１mm程度の小さな突起です。
柔毛の中心にはリンパ管が、リンパ管のまわりを毛細血管がとりまいています。


ブドウ糖とアミノ酸は毛細管に吸収され門脈を通り肝臓に送られます。
脂肪酸とグリセリンは柔毛に吸収されたあと、ふたたび脂肪に合成され（そのまま柔毛で毛細血管に入るとつまってしまうからです）、首の下の太い血管に入り血液と合流します。

大腸は基本的には水分の吸収と食物繊維の発酵をする器官で、ほとんど消化吸収には関与していませんが、一部の栄養素（ビタミンや脂肪酸）は大腸からもわずかに吸収されます。
この様に体内に取り入れられた酸素と栄養素は血漿中に放出されます。
酸素や栄養素を含んだ血漿は、動脈側から毛細血管まで行き、そこから組織液（間質液）へと移動します。
細胞は周囲の組織液中から酸素と栄養を取り込み、酸化反応を介してエネルギーを産生していきます。

細胞内エネルギー産生機構（ミトコンドリア）は、細胞のエネルギー、グルコースを解糖系で分解してエネルギーを得る系（嫌気性代謝）と、酸素を利用して酸化反応によってエネルギーを得るクエン酸回路（TCA回路）の２経路があります。
酸化反応を終えて産生された二酸化炭素や水、アンモニアなどの不要物を受け取った組織液は静脈側で血管内に戻ります。

細胞の活動の決定はどのようになされているのか？

すべての細胞は周囲の環境から情報（細胞の情報伝達後述）を受け取り応答しています。