B.2.2 · 細胞小器官と区画化

このプリントには、2025年に初めて評価されるコースのHL/SLトピックの一部を扱っています。カリキュラム全体ではありません。

前提知識：A.2.2 の細胞構造と B.2.1 の膜輸送。

これらの例は独自かつ架空のものであり、実際の測定値や実際の生徒による調査ではありません。

この観察を説明するのは何か？

• 酵素を分泌する膵臓細胞は粗面小胞体とゴルジ装置で満たされているのに対し、皮膚細胞はほとんど持たない。なぜ細胞の内容物はその仕事に対応すべきなのか？

モデルを構築する

• 真核細胞は膜に囲まれた小器官によって仕事を分担する：核はDNAの指令を保持し、粗面小胞体は輸出用のタンパク質を合成し、ゴルジ装置はそれらを修飾・梱包し、小胞が輸送し、ミトコンドリアは呼吸によってエネルギーを放出する。

• 区画化は各プロセスを独自の環境に保つ：酵素と基質は特定の場所に濃縮され、有害な反応は制限され、互いに不相容なpHや化学反応が同一細胞内で共存できる。ライソソームは消化酵素を細胞質から隔離して保持する。

• 細胞小器官：特定の機能を持つ細胞内の特殊な構造；多くの細胞小器官は膜に包まれています。

• compartmentalization（区画化）: 細胞が膜で区切られた領域に分かれ、それぞれ独自の環境を維持する状態。

モデルを検証できる証拠を選ぶ

• 分泌細胞と非分泌細胞の電子顕微鏡写真を比較: 分泌細胞には粗面小胞体やゴルジ体がはるかに多いことがモデルから予測される。各小器官は色ではなく、膜と形状によって同定すること（写真グレースケールであるため）。
• スケールバーまたは記載倍率を用いて小器官のサイズを測定: 画像上の長さを実寸法と同じ単位に変換してから割り算を行い、実寸での比較を行うこと。

既知の値から始める

• 既知: ミトコンドリアの画像長は 30 mm、実寸長は 50 µm。倍率 = 画像サイズ ÷ 実寸。変換: 30 mm = 30,000 µm。代入: M = 30,000 / 50 = ×600。画像は実物の 600 倍であり、比には単位がない。

例：

同じ写真で小胞体の画像長は 4 mm。同じ手順で実直径を求める: 既知 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈。（答え: 実寸 = 画像 ÷ 倍率 = 4 mm ÷ 600 = 0.0067 mm ≈ 6.7 µm。すべての値に単位をつける。）

結論とその限界を確認する

• 静止写真は構造を示すのみで動きを示さない: 小胞体経路は多数の写真や標識実験から推論されるものであり、一枚のフレームで直接見えるものではない。倍率計算は記載スケールの正確性を前提とするため、スケールバーの読み間違い则该写真のすべての測定を誤らせる。

警告：

「全細胞は同じ量・種類の小器官を持つ」という主張は誤り: 細胞は特化したものであり、分泌細胞は粗面小胞体とゴルジ体を充実させる一方、赤血球は核を捨ててヘモグロビンを多く運ぶ。小器官の内容は細胞の役割に従う。

重要：

小器官と区画化: 小器官が細胞内の作業を分担し、各プロセスを独自の条件で実行可能にする。分泌経路は nucleus → 粗面小胞体 → 小胞体 → ゴルジ体 → 膜であり、構造の測定は画像 ÷ 実寸（同一単位）で行う。

×200 の倍率から記述する

• 細胞小器官の画像サイズは 24 mm、実際の長さは 120 マイクロメートルです。
• 倍率を求める：24 mm ＝ 24,000 マイクロメートル；24,000 ÷ 120 ＝ ×200 — 除算前に単位変換を行う。

30 mm の画像から記述する

• 長さ 2 マイクロメートルの構造物を ×15,000 で描く。
• Find the image size: 2 × 15,000 = 30,000 micrometres = 30 mm.

細胞小器官の多さから記述する

• 膵臓細胞は酵素を分泌し、筋細胞は反復的に収縮する。
• 各細胞で支配的な細胞小器官を名指す：分泌細胞では粗面小胞体とゴルジ装置、筋細胞ではミトコンドリア — 細胞小器官の組成は細胞の機能に従う。