細胞構造

細胞は非常に小さいため、肉眼では見えません。より大きな画像を得るために顕微鏡を使います。最初に遭遇するのは光顕微鏡です。これは薄い標本（観察対象の素材）を透過させる光と、視界拡大のためのガラスレンズを使用します。

スライドの作成と観察図

生体材料を観察するには、仮製標を作ります。ガラス製のスライドに小さな薄切り材を置き、染色液（部分を可視化するための有色液体）を一滴加え、その上に薄いカバーグラスを斜めに下ろして平らにし、空気を排除します。

スライドや写真から細胞を描く際は、以下の単純なルールに従ってください：

• 鋭い鉛筆を使い、明確で一本線のみで描く（陰影は使わない）。
• 実際に見えるものだけを、部分の比率が正しい状態で描く。
• 直線でラベル付けし、線が交差しないようにする。

倍率と実寸法

倍率とは、実物に対する画像の大きさの比率を示します。単位はありません。以下の式で求められます：

この式を変形すれば、2つの値から残りの1つを求めることができます：

分数の分子と分母は同じ単位を使用する必要があります。細胞は微小なので、小さな単位で計算します：

• $1\ \text{mm} = 1000\ \text{micrometre}$ (µm)
• $1\ \text{µm} = 1000\ \text{nanometre}$（nm）
• または $1\ \text{mm} = 1\,000\,000\ \text{nm}$。

** worked example.** 倍率$5000$の顕微写真において、葉緑体の幅が$25\ \text{mm}$であった場合、その実寸法は

この式は、描画、顕微写真（光顕微鏡で撮影した写真）、そして電子顕微写真（以下で解説する最も詳細な写真）にも適用できます。必ず最初に同じ単位に変換してから割り算を行ってください。

接眼定規とステージミクロメーター

顕微鏡下で実際の細胞を測定するには、接眼内部にある小さな目盛りである接眼定規を使います。この目盛りの間隔は一定ではないため、まずそれらを校正（1目盛りあたりの実長を求める）する必要があります。

ステージマイクロメーターを用いて較正します。これは正確な目盛りを持つ特殊なスライドガラスで（通常 $1\ \text{mm}$ を $100$ 等分し、各部分の長さが $10\ \text{µm}$ となる）、2つのスケールを揃えて、既知の長さに対してグリキュール目盛りの何個が入るか数え、割り算を行います。較正が完了したら、試料をセットしてグリキュールで測定できます。

分解能と倍率

この2つの言葉は混同しやすいです。試験官は、その違いを正しく説明できた場合にのみ採点します。

• 倍率とは、像が実物に対して何倍大きいかを示す値です。
• 分解能とは、2点を別々の点として識別できる最小の距離のことです。

像を大きくしても、常に詳細が見えるわけではありません。ある限界を超えると、単にぼやけた大きな像になるだけです。詳細さの真の限界を決めるのは分解能です。

光学顕微鏡は光の波長が比較的長いことから解像度が低いです。電子顕微鏡は光の代わりに電子ビームを用います。電子ははるかに短い波長を持つため解像度は高く、細胞内の非常に小さな構造も観察できます。2種類あります：走査型（3Dで表面を示す）と透過型（薄断面を透過させて内部の細部を示す）。

動植物細胞は真核細胞であり、DNAは核 (nucleus) の中に収められています。細胞内にはそれぞれ独自の機能を持つ小さな構造物である細胞小器官 (organelles) が多数存在します。それらを取り囲むゼリー状の液体を細胞質 (cytoplasm) といいます。

写真や電子顕微鏡写真では、形状、大きさ、位置に基づいて細胞小器官を識別します。図示する場合は輪郭を描き、ラベルを付けます。

細胞は、タンパク質合成、物質の移動、分裂など、エネルギーが必要なあらゆる作業に、呼吸によって生成されたATP (ATP) をエネルギー源として利用します。

植物細胞と動物細胞の比較

両方とも、細胞膜、細胞質、核、ミトコンドリア、リボソーム、小胞体、ゴルジ体を備えています。

原核細胞 (prokaryotic cell) 、例えば細菌 (bacterium) は、真核細胞よりもはるかに小さく単純です。その主な特徴は以下の通りです。

• 単細胞生物 (unicellular) — 単一の細胞である。
• 一般的に $1$–$5\ \text{µm}$ の大きさである。
• ペプチドグリカン (peptidoglycan) でできた細胞壁（セルロースではない）。
• 細胞質内で自由にある環状DNA；核 (nucleus) は存在しない。
• $70\text{S}$ リボソーム（真核生物の細胞質にある $80\text{S}$ よりも小さい）。
• 二重膜に包まれた細胞小器官 (organelles surrounded by a double membrane) が存在しない；したがって核、ミトコンドリア、葉緑体もない。

原核細胞と真核細胞の比較

すべてのウイルスは非細胞性であり、細胞で構成されていません。各ウイルスは2〜3つの部分のみから作られています：

• 核酸の核部で、DNAまたはRNAのどちらか（両方ではない）。
• 核部を取り囲むタンパク質の被覆であるカプシド。
• 一部のウイルスでは、リン脂質からなる外側のエンベロープ。

*一般的なウイルス：タンパク質カプシド内の核酸、一部のウイルスには脂質エンベロープあり

ウイルスには細胞質、小器官、リボソームがない。呼吸も自身のタンパク質合成もできない。生きた宿主細胞内で自身を複製することしかできないため、「生きている」と呼ばれるものの境界に位置している。

• 倍率 $=$ = 像の大きさ $\div$ ÷ 実物の大きさ — 単位の変換をまず行い（$\text{mm} \leftrightarrow \mu\text{m} \leftrightarrow \text{nm}$）、未知の値を求めるために式を変形する。
• 倍率（何倍大きいか）と分解能（2点として識別できる最小距離）を区別する；電子線顕微鏡は分解能が高いのは、電子線の波長が短いからである。
• 各小器官について構造＋機能のペアを答える（例：ミトコンドリア：内膜の折り込み → 好気的呼吸）。
• 原核生物と真核生物の違いを正確に述べる：核がない、小型（70S）のリボソーム、膜に囲まれた小器官がない、環状DNAがある。
• ユーリスは非生命体である——カプシド、遺伝物質、（sometimes）エンベロープのみで記述する。