Taro-16Chapter03_Cell&Tissue

(1)

第３章体を構成する細胞と組織

この章では、ヒトの体の構造と働きの基本的な単位である細胞と、特定の細胞が集まって形成されたヒトのさいぼう四大組織(上皮組織、結合および支持組織、筋組織、神経組織)について説明します。そしきじようひけつごうきんしんけい

第１節

ヒトの構成単位である細胞

わたしたちの素晴らしい体も元をただせば、２個の細胞(卵子と精子)の合体によって生じた、たった１個の細らんしせいし胞である受精卵からつくられたものです。じゅせいらん受精卵が有糸分裂を繰返すなかで細胞の数が増え、ゆうしぶんれつ組織、器官、そして(器官)系を形成していきます。そしききかん

１．細胞の構造

ヒトの体は細胞さいぼうcell と細胞が作った物質で構成されています。ヒトのすべての活動は細胞の働きによるものです。ヒトの体は、約200種類、約60兆個の細胞から構成されますが、細胞の大きさや形は細胞の種類で異なります。細胞の大きさは、高分解能の顕微鏡で始めて観察でけんびきようきるものから、肉眼で観察できる卵細胞(直径170mm ～ 220mm)までありますが、通常の大きさは5mm ～50mm (直径)です。図3-1 細胞の基本的構造を模式的に示す細胞は、細胞膜cell membrane によって細胞外と区別され、内部には細胞質cytoplasm や核 nucleus を入れています。細胞質を構成する液状のものをサイトゾル cytosol と呼びます。また、細胞質には、数種類の細胞小器官organelle が存在します。さらに、脂肪滴 fatしぼうてき droplet(トリアシルグリセロールを貯蔵)や、グリコーゲン顆粒かりゆうglycogen granule (グリコーゲンの集積像)、色素顆粒pigment granule (メラニン顆粒 melanin granule、フェリチン顆粒 ferritin granule、ヘモシデリン顆粒haemosiderin granule、ビリルビン顆粒 bilirubin granule など)、プロテアソーム proteasome (タンパク質複合体で、不要なタンパク質を取り除く働きなどがある)などを細胞質に含む細胞も存在します。 1)サイトゾルサイトゾルcytosol は、細胞質にある細胞小器官を取り囲む液体で、細胞の体積の約55％をしめています。サイトゾルの75％～90％は水分です。水分には、多様な化合物が溶けています。数多くの電解質や、グルコース、アミノ酸、脂肪酸、タンパク質、脂質、アデノシン三リン酸、老廃物などです。サイトゾルでは、解糖系などの多様な化学反応(代謝) がおこなわれ、細胞の構造あるいは成長に必要な化合物を生合成しています。表3-1 細胞質における主な電解質の濃度電解質の種類細胞内の濃度(ﾐﾘﾓﾙ) ナトリウムイオン 5～15 カリウムイオン 140 塩素イオン 5～15 マグネシウムイオン 0.4 カルシウムイオン微量

(2)

図3-2 細胞膜の基本的構造を示す模式図 2)細胞膜細胞の内容物は、流動性のある薄い細胞膜cell membrane で包まれています。細胞膜の厚さは7.5nm ～10nm で、電子顕微鏡でのみ観察されます。細胞膜は、２層のリン脂質や、散在するタンパク質、糖鎖、コレステロールなどから構成されています。とうさ２層のリン脂質では、親水性のリン酸でつくられた頭部は液体に接する側に存在し、２分子の脂肪酸で構成されている疎水性の尾部は水を避けて細胞膜の内部に存在そすいせいします。リン脂質は、水をはじく性質(疎水性)があり、細胞内における余分な水分の出入りを防いでいます。そのため、細胞膜が壊されると細胞は死にます。コレステロールは、リン脂質の分子間の隙間を埋め、すきまう細胞膜の強度を強め、流動性や透過性を低めています。戦後、日本人の食事でコレステロールを含む食べ物が増えたことが、血管の細胞の強度を強めた、と考えられています。細胞膜に存在するタンパク質の働きには、細胞外の情図3-3 細胞膜での輸送体の役割を模式的に示す報を細胞内に伝える受容体receptor や、物質の出入にじゅようたい関与するチャネルchannel、物質を運ぶ輸送体(担体) transporter、細胞連結装置(図3-4)などがあります。タンパク質の外表面には、数種類の単糖が数多く結合して形成された糖鎖がつくものがあります(図3-2)。この糖鎖は細胞同士の連結や、細胞の識別、細胞間の情報伝達などに重要な役割を担っています。このように、細胞膜は、細胞の形を維持し、内容物を保護するだけでなく、細胞同士の連結や細胞の内外への物質の移動を調節し、細胞の外からの情報を受け取り、他の細胞や器官との情報の伝達などもおこないます。 ◆細胞連結装置細胞と細胞を連結する装置には、タイト結合tight junction〔密着(閉鎖)帯 zonula occludens〕や接着帯 zonula adherens (adhesive belt)、接着斑(デスモソーはん

(3)

図3-5 中間径細糸の形成不全では接着斑が働けず、細胞間連結が壊れることを示す模式図

ム) desmosome (macula adherens)、ギャップ結合 gap junction などがあって、それぞれ異なる働きがあります。タイト結合は、隣接する細胞膜を密着させ、細胞間を通過する分子を制限し、細胞間での物質の通過を調節しています。接着帯は、隣接する細胞の微細線維の束をつないでいます。接着斑は、細胞内の中間径細糸をつなぎ、機械的伸展で細胞が互いに離れることを防止しています(図3-5)。ギャップ結合は、水溶性の低分子などを通過させる細胞間チャネル(コネクソン)を形成し、細胞間の情報の伝達に貢献しています。上皮組織の細胞と基底板とを接着させるものに半接着きていばん斑(半デスモソーム) hemidesmosome があります。図3-6 ギャップ結合を模式的に示すギャップ結合に存在する筒のようなコネクソンが開口し、低分子の細胞間の移動を可能にします。 ◆微絨毛図3-1(45頁)で示すように、細胞の種類によっては、細胞の表面に、微絨毛びじゅうもうmicrovillus と呼ばれる、高さが約１mm で太さが0.1mm ～0.5mm の小突起が見られ、細胞の表面積を20倍から30倍へと広くしています。 ◆飲作用と飲小胞細胞膜の陥入で形成される小胞は、細胞が細胞外から小さな物質を摂取する飲作用いんさようpinocytosis を示し、取り込まれた物質を包み込むものを飲小胞いんしょうほうpinocytotic vesicle と呼びます。図3-7 細胞膜による飲作用と飲小胞を模式的に示す 3)核多くの細胞には、二重の膜構造(核膜nuclear envelope)で包まれた大きな球形あるいは楕円形の一個だえんけいの核nucleus (直径は3mm ～10mm)があります。かくしかし、骨格筋細胞や破骨細胞などの特殊な細胞では複数の核が存在します。一方、成熟した赤血球では核がありません。一般に、明るく大きな核は、核の機能が活発なことを表しています。小胞体から分化した膜で形成された核膜には、多数の核膜孔nuclear pore が存在し、核と細胞質との間における物質の移動を調節します。低分子やイオンは拡散で移動し、リボ核酸やタンパク質のような巨大分子は選択的輸送によります。

(4)

図3-8 細胞の核の構造を示す模式図核の内部には、デオキシリボ核酸(DNA)とタンパク質(ヒストンなど)との複合体である染色質chromatin せんしよくしつがあります。核の主な働きは、デオキシリボ核酸に記録されている遺伝情報(暗号)をメッセンジャーリボ核酸(mRNA) に読みとること(転写transcription)です。この働きを通じて、核は、細胞内のいろいろな代謝の調節中枢として働きます。ヒトの遺伝子は約２万９千個です。図3-9 核内でのｍＲＮＡの形成とその移動を示す ①核内でDNAを鋳型にしてmRNAが合成(転写)される、②核内で転写されたmRNAの複製がおこなわれる、③mRNAはリボソームと結合し核膜孔を通り細胞質に向かう、④mRNAと結合したリボソームが集合してポリリボソームを形成、⑤mRNAと結合したリボソームが粗面小胞体に結合。 ◆核小体核の内部には、染色質の他に、核小体かくしょうたいnucleolus が存在します。核小体は、リボソームリボ核酸rRNA を生合成し、リボソームribosome を形成する場です。こ図3-10 感覚神経細胞における核小体を矢印で示すの部位にはタンパク質合成に重要な役割を担うリボ核酸が多量に存在します。肝細胞や神経細胞などのようにタンパク質を多量に合成する細胞では、核小体が明瞭です。 ◆染色体細胞が分裂する時には、染色質は染色体せんしょくたい chromosome を形成します。正常なヒトの染色体は46個で、22対の常染色体ついじょう autosome と２個の性染色体 sex chromosome とから構成されます。通常、男性の性染色体はＸ染色体X chromosome とＹ染色体 Y chromosome で構成され、女性ではＸ染色体が２個です。個々の染色体には、短腕short arm と長腕 long

たんわんちようわん arm、動原体 centromere などがあります。この染色体どうげんたいの上にさまざまな遺伝子が存在します。長い１番目の染色体には2782個の遺伝子が、短い21番目の染色体には35 2個の遺伝子が存在します。図3-11 男性の染色体を模式的に示す【染色体の数】・男性の染色体：22対の常染色体、Ｘ染色体、Ｙ染色体・女性の染色体：22対の常染色体、１対のＸ染色体

(5)

図3-12 １本の染色体における名称を示す短脚と長脚の両端には、テロメアtelomere と呼ばれるデオキシリボ核酸の配列があります。多くの細胞では、細胞分裂でテロメアが少しずつ短くなります。テロメアの短縮が進み、ある水準を超えると細胞は分裂をやめます。このテロメアの短縮が「加齢疾患のリスク」に関係しているとの報告があります。 4)細胞小器官細胞質cytoplasm には、細胞の核の調節下で、機能さいぼうしつを分担しながら細胞の生存や働きに貢献する多様な細胞小器官organelle が存在します。しょうきかん ①ミトコンドリアミトコンドリアmitochondrion は、細胞のなかで酸素を使い、二酸化炭素を発生しながら、ピルビン酸や脂肪酸から効率よくアデノシン三リン酸(ATP)を産生する細胞小器官です。一つの細胞では百個から数千個のミトコンドリアが存在し、代謝の活発な細胞、すなちわ筋細胞や肝細胞、腎臓の尿細管の細胞などでは、ATP の産生が盛んで、数多くのミトコンドリアが見られます。さらにミトコンドリアは、細胞内でグルコースから脂肪酸の合成や、アミノ酸の相互変換などの多彩な代謝に関与します。ミトコンドリアの形は、細長い棒状を示し、太さが 0.5mm ～1mm で、長さは2mm ～6mm ぐらいです。ミトコンドリア膜には外膜と内膜とが存在します。これらの膜は、細胞膜と同じ構造です。外膜と内膜との間を膜間隙と呼びます。内膜が内部に向かってクシ状に突出し、クリスタ crista を形成します。クリスタの表面には、代謝に関与する多数の酵素が付いています。クリスタの間を基質といいます。基質には液体が存在し、豊富なタンパク質や環状のミトコンドリア・デオキシリボ核酸、３種類のリボ核酸などが溶けています。ミトコンドリアの構成成分の遺伝情報は、ミトコンドリアDNAのなかに含まれています。そのために、ミトコンドリアは、自ら分裂することによって、新しいミトコンドリアを形成します。基質には、 β 酸化やクエン酸回路(クレブス回路)に関べーた与する酵素が存在します。内膜には、電子伝達系(呼吸鎖)に必要な酵素が付いています。ミトコンドリアの機能障害による代表的な病気には、 ATP 合成が盛んな器官での病気、すなわち筋疾患や心疾患、脳疾患などがあります。図3-13 ミトコンドリアの構造を模式的に示す表3-2 ミトコンドリアでの代表的な働き膜または区画代謝機能リン脂質の生成外膜脂肪酸の不飽和化代謝産物の輸送内膜電子伝達系酸化的リン酸化膜間隙ヌクレオチドのリン酸化脂肪酸のβ酸化ピルビン酸の酸化基質クエン酸回路 DNA複製

(6)

図3-14 クエン酸回路の概略を示す ◆クエン酸回路クエン酸回路は、酸素を消費しながら主にミトコンドリアの基質でおこる化学反応(好気的呼吸)です。細胞質での解糖系で産生されたピルビン酸は、ミトコンドリアの外膜や内膜を通過し、基質に入り、脱水素酵素と脱炭酸酵素の働きで、水素原子や二酸化炭素を分離し、アセチルCoA となります。コ・エイまた、脂肪酸は、ミトコンドリアの中に入り、 β 酸化ベータによってアセチルCoA を形成します。なお、長鎖脂肪酸(炭素数が14以上)がミトコンドリアの膜を通過するためにはカルニチンcarnitine が必要です。さらに、アミノ酸も代謝されて、アセチルCoA となるか、クエン酸回路の中間産物となって、この回路で利用されます。また、クエン酸回路は、グルコースの生合成や脂肪酸図3-15 グルコースから脂肪酸生合成への過程を示すアセチルCoAはミトコンドリアの膜を通過できないので、クエン酸まで代謝されてからミトコンドリアの外に輸送。の形成(図3-15)、アミノ酸における相互変換でも中心的な役割を担います。これらの化学反応は、体内の多くの組織でおこなわれますが、大半の代謝を実行できるのは肝臓の肝細胞だけです。 ◆クエン酸回路での化学反応 ⅰ)アセチルCoA は、オキサロ酢酸と結合して、クエン酸をつくります。クエン酸は、つぎにシス-アコニット酸を経由してイソクエン酸になります。 ⅱ)イソクエン酸は、脱水素と脱炭酸がおこなわれて a-ケトグルタル酸になり、さらに脱炭酸や脱水素によってスクシニルCoA となります。 ⅲ)スクシニルCoA は、ATP を産生するとともに補酵素Ａを分離し、コハク酸に変わります。コハク酸は、脱水素によってフマル酸になり、さらに加水反応でリンゴ酸に変わります。リンゴ酸は、脱水素を受け、オキサロ酢酸になり、クエン酸回路を一巡することになります。いちじゅん解糖系やクエン酸回路で形成された水素原子は、補酵素〔ニコチンアミドアデニンジヌクオチド(NAD)やフラビンアデニンジヌクオチド(FAD)〕などによって水素イオンH＋と電子e－とに分かれます。この電子が内膜に付いている電子伝達系に運ばれ、アデノシン三リン酸 (ATP)を合成するエネルギーになります。電子と水素イオンは、最終的に酸素と結合し、水分子を形成します。また、産生された二酸化炭素は、そのまま細胞外に放出されます。

(7)

図3-16 膜間隙に貯まった水素イオンがATPを生合成１分子のアセチルCoA がクエン酸回路に入り一巡すると、３分子のNADH や１分子の FADH2、１分子の GTP、２分子の二酸化炭素などが合成されます。１分子のNADH の再酸化によって2.5分子の ATP が産生され、さらに１分子のFADH2から1.5分子のATP、１分子のGTP から１分子の ATP がつくられ、クエン酸回路の一巡で10分子のATP が産生されます。 ◆クエン酸回路で重要な役割を担うビタミンＢ群クエン酸回路では、水溶性ビタミンB 群が重要な役割をはたします。チアミン(ビタミンＢ１)は、a-ケトグルタル酸脱炭酸酵素の補酵素の形成に使われます。リボフラビン(ビタミンB2)は、a-ケトグルタル酸脱水素酵素やコハク酸脱水素酵素などの補酵素として働きます。ナイアシン(ニコチン酸)は補酵素のNAD の形成に必要です。さらに、パントテン酸は、補酵素Ａ(CoA)の構成成分で、アセチルCoA やスクシニル CoA の形成に貢献します。 ◆電子伝達系電子伝達系は、ミトコンドリアの内膜に並んだ酵素(脱水素酵素やフラビン酵素)と一連のシトクロム系のタンパク質とから構成されています。シトクロム系のタンパク質は、鉄を有し、 Fe3+ ＋e－ →Fe2+ のように電子が鉄を移動することができます。電子が移動する際に、酸化還元反応が繰り返され、その際に自由エネルギーがつくられます。 ◆アデノシン三リン酸の形成電子伝達系で電子を受け渡しする時に発生する自由エネルギーによって、ミトコンドリア内の水素イオン(プロトン)(H+ )がくみ出され、内膜と外膜との間の水素イオン(プロトン)濃度が上昇します。ここで発生した化学浸透圧のエネルギーがミトコンドリアのアデノシン三リン酸合成酵素を活性化し、アデノシン二リン酸(ADP)に１分子のリン酸を結合させアデノシン三リン酸(ATP) を生合成します(図3-16)。前述のごとく、１分子のアセチルCoA からは、クエン酸回路と電子伝達系とで10分子のATP が形成されます。注)生体における酸化反応は、ある分子が電子を放出することを示し、多くの場合、水素原子が放出されます。また、還元反応は、逆に、ある分子が電子を取り込むことをいい、多くの場合、水素原子が取り込まれます。生体内では、酸化反応や還元反応において、補酵素が水素や電子を運ぶものとして重要な役割を果たします。重要な補酵素の一つにニコチンアミドアデニンジヌクオチド(NAD)があります。この補酵素は、酸化反応では、以下のようになります。 NAD+ ＋2H+ ＋2e -→NADH ＋ H+ また、還元反応では、以下のようになります。かんげん NADH ＋ H+ →NAD+ ＋2H+ ＋2e -②小胞体小胞体endoplasmic reticulum は、細胞の内部に広しょうほうたいがっている複雑な細い小管の構造物で、核膜や細胞膜とも交通しています。液で満たされた小管は、細胞内での代謝物の拡散を促進し、管系の膜には細胞の代謝で重要な役割を担う酵素が含まれています。 a)粗面小胞体

粗面小胞体rough endoplasmic reticulum は、リボ

そめん

(8)

ソームribosome が小胞体に付いたものです。リボソームは大きさが約15nm ぐらいの粒子で、リボソームリボ核酸(rRNA)(65%)とタンパク質(35%)とで構成されます。粗面小胞体では、メッセンジャーリボ核酸 (mRNA)のコドンにしたがってアミノ酸をペプチド結合でつなげ、ペプタイドやタンパク質を生合成する重要な場となります(図3-18)。ポリリボソーム(ポリソーム) polyribosome と呼ばれる遊離のリボソームも細胞質に存在し、細胞が利用するタンパク質(酵素など)を主として合成します。一方、粗面小胞体に付着したリボソームの場合には、細胞が分泌するタンパク質(消化酵素や血漿タンパク質けつしようなど)を主に生合成します。そのために、血漿タンパク質を生合成する肝細胞や、消化酵素を分泌する唾液腺の腺細胞、シグナル分子を生合成する運動神経細胞などでは、多数の粗面小胞体の集積像が観察されます。さらに、細胞によっては、タンパク質に糖を結合させ、糖タンパク質を生合成したり、タンパク質をリン脂質に結合させたりします。これらの化合物は、主に細胞膜の合成に利用されます。このように、粗面小胞体は、細胞が分泌するタンパク質や、細胞膜のタンパク質、細胞小器官が利用するタンパク質を形成します。図3-18 粗面小胞体におけるペプタイドの形成を示す b)滑面小胞体

滑面小胞体smooth endoplasmic reticulum は、粗面

かつめん小胞体から伸びた管状の構造物ですが、膜の表面にはリボソームが付いていません。そのために、滑面小胞体は、タンパク質を生合成できませんが、脂肪酸やステロイドホルモンを合成することができます。滑面小胞体は、細胞の種類によって異なる働きがあります。肝細胞や腎臓の細胞、腸の細胞では、滑面小胞体でグルコース６-リン酸からリン酸を取り除き、グルコ図3-19 横紋筋の収縮には筋小胞体に貯蔵されていたカルシウムイオンを細胞質に放出することが必要ースを血液中に放出することができます。内分泌細胞のないぶんぴつ滑面小胞体は、コレステロールからステロイドホルモンを生合成する場となります。横紋筋細胞では、収縮開始おうもんきんに必要なカルシウムイオンを貯蔵します(図3-19)。さらに、肝細胞では、コレステロールの生合成や、アルコールおよび薬物などの解毒化などに関与しています。げどく ③ゴルジ装置ゴルジ装置(体)Golgi complex は、扁平な嚢状の膜へんぺいのうじょうが重なり合う部分と、その周囲に集まる小胞とから構成されています。粗面小胞体で生合成されたタンパク質は、ゴルジ装置に運ばれます。ゴルジ装置では、タンパク質に糖や脂肪酸を付加したり、硫酸基を結合させたり、タンパク質を適当な長さに切断したりします。そのために、タンパク質を分泌する細胞では、ゴルジ装置が顕著です。また、ゴルジ装置では、合成した物質を選別し、細胞内で利用するものと、分泌物として細胞外に分泌するものとに分け、分泌物を分泌小胞secretory vesicle あるいは分泌顆粒secretory granule としてつくります (58頁図3-36)。図3-20 ゴルジ装置を模式的に示す

(9)

ゴルジ装置では、分泌物を貯蔵し濃縮する役割もあります。さらに、ゴルジ装置は、細胞内で消化作用があるリソソームを形成します。 ④リソソーム（ライソゾーム、水解小体）リソソームlysosome は、ゴルジ装置で形成され、直径が0.25mm ～0.8mm ぐらいの限界膜で囲まれた顆粒状のものです。リソソームには、約60種類の酵素を含み、その中には有機化合物を分解する能力があります。pH が酸性領域で作用する水解酵素(酸性ホスファターゼ acid phosphatase や、リボヌクレアーゼ ribonulease、カテプシンcathepsin、β-グルクロニダーゼ glucuronidase、リパーゼ lipase など)がリソソームの内部に存在します。リソソームに含まれている酵素の機能不全によって、先天性免疫不全などのさまざまな病気が発症します。リソソームの主要な働きは、細胞内の消化で、細胞外から取り込んだ異物や古くなった細胞小器官などを、内部の酵素の働きで分解します。一部の細胞では、リソソームの内部にある分解酵素を細胞外に分泌し、細胞外の基質成分を分解することがあります。図3-21 リソソームの模式図 ◆リソソームでの消化リソソームでの消化は、異なる３種類の経路で実行されます。・第一の経路：細菌や細胞断片などの大きな細胞外の物質は、貪食作用phagocytosis で細胞内に取り込まれ、食小体phagosome を形成します。その後、食小体は、リソソームと融合して食水解小体phagolysosome となり、内容物を分解します。・第二の経路：細胞外の可溶性タンパク質などの低分子の化合物は、飲作用で細胞内に取り込まれ、飲小胞を形成します。飲小胞は、リソソームに運ばれ、融合し、内容物が消化されます。・第三の経路：古くなったり障害された細胞小器官や細胞膜などの細胞の成分は、小胞体に類似した膜に包まれた後に、リソソームに運ばれます。そして、自家食胞autophagosome となり、内容物を分解します。図3-22 細胞内でのリソソームの働きを模式的に示す ⑤ペルオキシソームペルオキシソームperoxisome は、構造的にはリソソームと似た小さな顆粒状の細胞小器官で、直径が0.2mm ～1.0mm です(図3-1)。ペルオキシソームは、内部に数種類の酸化酵素を含み、アミノ酸や脂肪酸などを酸化します。さらに、ペルオキシソームは、毒物を酸化します。そのため、アルコールや有害物を解毒化する肝細胞には、数多くのペルオキシソームが見られます。これらの酸化は、過酸化水素H2 O2の分解によって実行されるので、ペルオキシソームには、過酸化水素を分解する酵素(カタラーゼ catalase)を含みます。そのため、ペルオキシゾームに存在するペルオキシダーゼperoxidase は、過酸化水素の生合成と分解とをおこないます。また、このことによって、ペルオキシソームは、過酸化水素の毒性から細胞を守ります。 ⑥中心体中心体cytocentre (centrosome)は、核の近くに存在し(図3-1)、非分裂期では一対の中心小体 centriole とその周囲を取り囲む物質(チューブリンを含む)とで構成されています。１個の中心小体は、図3-23に示すように、三つ組となった９組の短い微細管が集まって円筒を形成したものです。

(10)

分裂間期のＳ期に、中心小体が複製され、中心体が２組となります。有糸分裂の際、それぞれの中心体は、分ゆうしぶんれつかれて分裂する細胞の対極へ移動し、有糸分裂紡錘を構ぼうすい成する微細管の形成の中心となります(図3-24)。図3-23 １個の中心小体を示す模式図図3-24 細胞分裂時における中心体の役割を示す ⑦細胞骨格細胞の形を維持する糸状の細胞骨格cytoskeleton を形成しているのは、微細管(微小管)や微細線維(細糸、ミびさいかんクロフィラメント)、中間径細糸(中間径フィラメント)などです。これらの骨組みは、細胞によって急速に組立てられたり、分解したりする、しなやかな、タンパク質で形成された細胞の骨格です。細胞の骨格は、細胞の形の維持に貢献し、細胞内の物質の移動を助けます。この骨組みは、細い細糸によって格子状になり、細胞全体に広がり、細胞小器官をつないでいます。図3-25 細胞骨格を構成する三種類の構造物を示す a)微細管微細管microtubule は、直径が20nm ～25nm の細い管状の構造で、チューブリンtubulin という球状タンパク質が重合したもので構成されています。微細管は、中じゅうごう心体から細胞の周辺に向かって伸びております(図3-25)。微細管は、ほとんどの細胞に存在し、特に、神経細胞や白血球、血小板では多量に存在します。微細管は、細胞の形を維持するとともに、モーター分子と協力し、細胞内における物質の移動に関与します。神経細胞体と軸索の終末の間の物質の移動は、多くの場合、モーター分子に結合した状態で、微細管に沿って運ばれます。また、線毛や鞭毛の形成と運動とに微細管は関与します(55頁右段)。図3-26 微細管の構造と役割を模式的に示す

(11)

図3-27 微細管に沿って移動するモーター分子を示す b)微細線維微細線維microfilament は、直径が6nm ～7nm の細い糸状の線維構造で細胞の辺縁に存在し、アクチン actin と呼ばれる球状のタンパク質が主成分です。微細線維は、細胞連結装置を固定したり、微絨毛の骨格を形成したり、線毛や細胞の動きをつくったりします。図3-28 微細線維の形成と分解とを模式的に示す c)中間径細糸中間径細糸intermediate filament は、直径が8nm ～ 10nm で、微細線維と微細管の中間の太さの線維構造です。中間径細糸は、機械的な張力を受けやすい細胞で多数観察されることから、張力に細胞が耐えられるための構造と考えられています(47頁図3-5)。中間径細糸には、さまざまな種類があります。上皮組織の細胞ではケラチンkeratin で構成されたケラチン細線維があります。また、中胚葉性の結合組織の細胞にはビメチンvimentin でつくられたものがあり、筋細胞にはデスミンdesmin で形成されたものがあります。神経細胞では、ニューロフィラメントneurofilament と呼ばれています。図3-29 接着斑に付いている中間径細糸を示す模式図 ⑧線毛と鞭毛線毛cilium は、呼吸上皮にある細胞などで表面からせんもう突出した毛髪のようなもので、細胞の外の物質の移動をおこないます。線毛の内部には、20本の微細管が芯とししんて存在するとともに、微細管とモーター分子のダイニンとで線毛の動きを作ります。気管や気管支、卵管などの１個の細胞は、数百本の規則正しく配列した線毛を持っています。アデノシン三リン酸から得られるエネルギーを使用したダイニンの働きで微細管が動き、線毛は波打つことができます。線毛を有する気管や気管支の内面に並んでいる細胞は、きかん異物や組織の破片物などを含んだ粘液を喉頭に向かってこうとう進ませるため、線毛は１秒間に10回～40回も波打ちます。鞭毛flagella は、細胞を移動させるために存在し、線べんもう毛より長いが、線毛と基本的に同じ構造です。ヒトでは、精子が鞭毛を持っています。 3-30 線毛の動きを模式的に示す図3-31 精子の模式図

(12)

２．細胞の有糸分裂

ヒトの体で多く見られる細胞分裂cell division は、細胞分裂によっても染色体の数が変わらない有糸分裂

ゆうしぶんれつ

mitosis です。ただし、精子 sperm と卵細胞 ootid (ovum)の形成は、減数分裂 meiosis にもとづき、細胞分裂で形成された細胞の染色体は、ヒトの染色体の半分の数(23本)になります。有糸分裂は、つぎの四つの過程に区分されます。 i)前期 prophase DNA の複製後、細胞は間期 interphase の S 期を終え、G2期に入り、有糸分裂の開始のための最後の準備がおこなわれます。細胞分裂が開始するにつれて、染色質は染色体と呼ばれるヒモ状構造物に変わります。また、DNA の複製はこの段階で完了します。複製された中心体は、互いに離れて、細胞の両極 spindle pole へと移動します。中心体からは、有糸分裂の紡錘spindle が形成されます。ぼうすい前期が終了するまでには、核膜や核小体は壊れて消失します。 ii)中期 metaphase この短い期間に、染色体は、紡錘の中央部(赤道板)に集まり並びます。 iii)後期 anaphase 染色体は二つに分離し、それぞれが紡錘の働きで細胞の両極へと移動します。この移動が完了することによって後期は終了します。 iv)終期 telophase この時期には、染色体が再び染色質になり、紡錘が壊れ消失し、核膜が形成され、核小体が出現します。そして娘細胞が形成されます。 ●娘細胞は、母細胞に比べて大きさは小さく、細胞質も少ないですが、遺伝的には、全く母細胞と同じです。 ◆細胞周期細胞周期cell cycle は、１個の細胞が中身を複製しながら２個の細胞へと分裂する一連の過程です。細胞周期には、M 期 M phase と S 期 S phase、G1期 G1phase、G2期G2phase があります。M 期は、核の分裂と細胞の分裂とがおこる時期で、典型的な哺乳動物の細胞では約１時間ぐらいかかります。 M 期と M 期との間を間期 interphase といいます。かんき間期のなかで、細胞分裂に不可欠な核のDNA の複製がおこなわれる時期をS 期と呼びます。 S 期の前後には、M 期の終わりから S 期の開始までのG1期と、S 期の終わりから M 期の開始までの G2期とがあり、細胞が大きくなるための時期、すなわち、細胞の成長と細胞小器官の複製のための期間です。 G1期とG2期には、細胞周期の進行を点検するチェックポイントがあります。図3-32 有糸分裂を模式的に示す

(13)

第２節

四大組織

ヒトの体では、良く似た性格の細胞が集合して特定の機能をおこなう組織そしきtissue を形成します。ヒトの組織には、４種類の基本的なものがあり、上皮じょうひ組織や、結合および支持組織、筋組織、神経組織です。けつごうきんしんけい

１．上皮組織

上皮組織epithelial tissue は、体の表面(体表 )や体たいひようたい腔・管腔の内表面を被い、体の保護や物質の吸収などのくうかんくう機能があります。また、上皮組織の一部は特殊化して、腺せんgland を形成し、分泌物の形成と分泌をおこないまぶんぴつぶつす。上皮組織の細胞の特徴は、細胞の配列がモザイク状に並ぶか、布状に並んでいるか、です。上皮組織では、細ぬのじよう胞間物質の量が最小限に抑えられ、細胞を互いに接着すせつちやくるのに必要なものだけです。上皮細胞の側面は、タイト結合〔密着(閉鎖)帯〕や接着帯、接着斑(デスモソーム)、ギャップ結合(ネキサス) などの装置によって、隣の細胞との連結が強められています。タイト結合tight junction は、二つの細胞膜の間における化合物の通過を妨げ、簡単に漏れないようにするともともに、細胞膜の流動性を止める働きがあります。タイト結合では、クローディンclaudin とオクロディン occludin のタンパク質が細胞膜同士を密着させます。

接着帯zonula adherens や接着斑 desmosome では、細胞骨格とつながった膜貫通タンパク質(カドヘリン cadherin など)がカルシウムイオンの作用で二つの細胞膜を強く結合させます。

図3-33 上皮組織における細胞の連結を模式的に示す

ギャップ結合gap junction は、コネクソン connexon によって二つの細胞膜をつなげます(図3-6)。コネクソンは、中空の円柱状ですが、チャネルの役割があり、イオンや低分子を通過させることで、隣接する細胞に情報を伝えます。上皮細胞の基底面には、主に糖タンパク質で構成されきていめんた基底板basal lamina が存在します。上皮細胞は半接着斑hemidesmosome で基底板と結合します。通常、上皮組織は再生の良い組織で、幹細胞stem cell によって新しい細胞が絶え間なく供給されます。上皮組織には、神経は分布しますが、血管は分布していません。そのために、上皮組織は、深層に分布している血管から漏れた液体を通じて栄養や酸素をもらいます。図3-34 上皮組織の種類を示す模式図 1)上皮組織の種類上皮組織では、一層の細胞で構成されているものを単層といい、いくつかの細胞が重なって構成されているたんそうものを重層と呼びます。細胞の形は、横長の扁平なものじゅうそうへんぺいや、立方形のもの、背が高い円柱状などがあります。 ①単層扁平上皮

単層扁平上皮simple squamous epithelium は、一

たんそうへんぺいじようひ

層の横長の扁平な細胞で構成され、血管の内表面にある内皮や、胸腔と腹腔の内表面を被う中皮などを構成しま

ないひちゆうひ

(14)

②単層立方上皮

単層立方上皮simple cuboid epithelium は、一層の

たんそうりつぽう

立方形の細胞で構成され、腎臓の近位尿細管や腺組織でじんぞうの細い導管などで見られます。どうかん

③単層円柱上皮

単層円柱上皮simple columnar epithelium は、一層の縦長の円柱状の細胞で構成され、胃や小腸の粘膜上皮、子宮内膜の上皮などに存在します。

④重層扁平上皮

重層扁平上皮stratified squamous epithelium は、

じゆうそうへんぺいじようひ複数の扁平な細胞が重なっており、障害を受けやすい部位にあります。すなわち、皮膚の表皮や口腔の粘膜上皮、膣の粘膜上皮などを構成します。 ⑤偽重層上皮(多列上皮) 偽重層上皮pseudostratified epithelium は、見掛ぎじゆうそうじようひけ上、一見、重層に見えますが、良く観察すれば全ての細胞が基底板(膜)のうえに乗っており、重なっていません。偽重層上皮は、鼻腔や気管、気管支の粘膜上皮に見られます。 ⑥尿路上皮(移行上皮) 尿路上皮urothelium は、重層扁平上皮に似ていまにようろじようひすが、大きく伸展できる能力があり、膀胱や尿管、腎盤の粘膜上皮で観察されます。尿路上皮の細胞の形は、伸展しない時には、丸い形をしていますが、伸展すれば横長の扁平なものに変わります。図3-35 尿路上皮の変化を模式的に示す 2)腺組織ある種の上皮細胞は、分泌物を産生して、分泌細胞ぶんぴつさいぼう secretory cell あるいは腺細胞と呼ばれます。多くの場合、ゴルジ装置によって分泌される化合物は、分泌細胞の中で分泌顆粒あるいは分泌小胞と呼ばれる構造物にかりゆうしようほうためられています。ゴルジ装置で形成された分泌物が分泌小胞として細胞膜まで運ばれ、直ちに細胞外に分泌される構成性分泌経路があります。この例としては、形質けいしつ図3-36 構成性分泌経路と制御性分泌経路の模式図細胞が分泌する免疫グロブリンや線維芽細胞が分泌するせんいがトロポコラーゲンなどがあります。それに対して、ゴルジ装置で形成された分泌物が分泌顆粒にためられ、細胞外からのシグナル分子の刺激で分泌がおこなわれる制御性分泌経路があります。唾液腺などが分泌する唾液やだえき膵臓の膵腺房における酵素原顆粒の分泌などがあります。すいぞうすいせんぼうかりゆう分泌細胞が多数集まって腺組織gland を形成します。なお、粘膜に存在する杯細胞はい goblet cell は、単独に存在する分泌(腺)細胞の例です(59頁図3-38)。多くの腺組織では、上皮の表面から離れて存在するため、非分泌性の細胞で構成された管(導管duct)によっどうかんて分泌物を上皮の表面まで運びます。導管がある腺組織を外分泌腺exocrine gland と呼び、導管を持たない腺がいぶんぴつせん組織を内分泌腺ないぶんぴつせんendocrine gland といいます図3-37 外分泌腺(AとB)と内分泌腺(C)を示す ①外分泌腺外分泌腺exocrine gland では、通常、分泌細胞からの分泌物は導管に集められ、導管によって目的の部位に運ばれ、導管の先端から分泌されます。外分泌腺は、構成する細胞の数や、分泌物の性状、分泌様式などによって分類されます。

(15)

図3-38 杯細胞の粘液細胞を模式的に示す a)分泌物の性状による分類分泌物の性状の相違によって下記の３種類があります。 ◆粘液腺粘液腺mucous gland は、粘着性のある粘液を分泌すねんえきる粘液細胞で構成されます。粘液の主成分は、糖タンパク質のムチンmucin です。これに属するものには、小腸の杯細胞(図3-38)や舌腺などがあります。ぜつせん ◆漿液腺漿液腺はserous gland、漿液細胞で構成され、通常、しようえきせん主として酵素を含んだタンパク質が多く、さらさらとした水ぽい分泌物を分泌します。これに属するものには、耳下腺や膵臓の膵腺房などがあります。じかせんすいぞうすいせんぼう ◆混合腺混合腺mixed gland は、粘液を分泌する粘液細胞と漿液を分泌する漿液細胞とが存在する腺です。これに属するものには、舌下腺や顎下腺(図3-39)などがあります。ぜつかせんがつかせん図3-39 顎下腺(混合腺)の顕微鏡写真図3-40 ３種類の分泌様式を示す模式図 b)分泌様式による分類図3-40のように、分泌物を出す方法の違いによって下記のように分類されます。 ◆部分分泌

部分分泌merocrine (eccrine) secretion は、分泌顆粒の限界膜が細胞膜に融合し、細胞膜に孔が開き、内容物だけが細胞外に放出します。例は、エックリン汗腺や耳下腺、膵臓の膵腺房などです。 ◆離出分泌離出分泌apocrine secretion は、分泌物を貯めた細りしゆつ胞質の上部がちぎれることによって分泌します。例は、アポクリン汗腺や乳腺などです。 ◆全分泌全分泌holocrine secretion は、細胞内に分泌物が充満し、細胞全体が脱落することで分泌物となります。例だつらくは、脂腺や瞼板腺などです。しせんけんばんせん c)細胞の数腺組織を構成する細胞の数によって下記のように分類されます。 ◆単細胞腺単一の分泌細胞だけのもので、杯細胞がこれにあたはいります(図3-38)。 ◆多細胞腺分泌細胞が多数集まると多細胞腺と呼ばれます。多細胞腺は、導管の枝分かれの有無や、分泌細胞が形成する終末部の形状(管状、房状)などによって名称が決まります。・単純腺…導管が枝分かれしないもの単純管状腺(結腸の腸腺)、単純房状腺(尿道腺)、単かんじようせんぼうじようせん純曲管状腺(エックリン汗腺）、単純分岐管状腺(胃の幽門腺)、単純分岐房状腺(胃の噴門腺) ゆうもんふんもん

(16)

図3-41 多細胞腺の種類を模式的に示す左から、単純管状腺(a)、単純曲管状腺(b)、単純分岐管状腺(c, d)、単純房状腺(e)、単純分岐房状腺(f)、複合管状胞状腺(gの左側)、複合管状腺(gの右側)、複合房状腺(h)。黒く塗った部位は、分泌細胞が集まった終末部を示す。・複合腺…導管がいくつかに枝分かれするもの複合管状腺(十二指腸の粘膜下腺)、複合房状腺(膵臓の外分泌腺)、複合管状房状腺(顎下腺) ＊筋上皮細胞myoepithelial cells 筋上皮細胞は、汗腺や唾液腺、乳腺などの終末部や細きんじようひさいぼうい導管の周囲に存在する細胞で、上皮性の細胞ですが、収縮能力があります。この細胞は、神経伝達物質やホルモンなどのシグナル分子の働きで収縮し、腺の分泌物を外に押し出します。 ②内分泌腺内分泌腺endocrine gland では、導管が無く、分泌物が導管に集められずに、細胞から直接、細胞外の間隙にかんげき分泌します。この分泌物をホルモンhormone と呼びます。ホルモンは、多くの場合、血管の中に入り、血液といっしょに運ばれ、ホルモンの受容体が存在する細胞に作用することになります。下垂体や甲状腺、膵臓、副腎などに内分泌腺が存在しかすいたいこうじようせんすいぞうふくじんます。図3-42 内分泌細胞の模式図

２．結合および支持組織

結合および支持組織connective and supporting tissues は、胎生期の間葉 mesenchyme (幼若な結合組かんよう織)から発育します。結合組織は、体内に広く分布するとともに多様化しており、原始的な組織から骨組織のように高度に分化したものまで、多様な形態で存在します。この組織の役割は、他の組織を結合させたり、体を支えたり、その深側にある器官を保護したりすることです。 1)細胞間質上皮組織と異なり結合組織の細胞の間(細胞間隙)には、不活性の細胞外基質きしつextracellular matrix を大量に保持しています。細胞外基質は、無定形の基質ground substance と、散在している糸状の線維 fiber とで形成せんいされています。基質は、多糖類やプロテオグリカンproteoglycan、たとうるい組織液などから構成された粘性のある半流動性のゼリーねんせい状物です。糸状の線維には、３種類の線維(膠原線維、弾性線維、こうげんせんいだんせい細網線維)があります。さいもう図3-43 疎性結合組織を模式的に示す

(17)

図3-44 結合組織における細胞外基質を模式的に示す

①膠原線維

膠原線維collagen fiber は、コラーゲン collagen (Ⅰ 型)と呼ぶ糸状のタンパク質で構成され、白色に見えます。コラーゲンは、体のタンパク質の25％～30％を占めるほど、多量に存在し、グリシンや水酸化リジン、水酸化プロリンを多く含みます。３本のプロコラーゲン分子がラセン状にからまって形成されたコラーゲン分子が集合し、直径が10nm ～ 300nm で長さが数ミクロンの膠原細線維を形成します。図3-45 膠原細線維の形成過程を示す模式図膠原線維は、膠原細線維が束ねられたもので、強靱で、直径が1mm のもので9kg 以上を支えることが可能です。強靱な膠原線維を形成するためには、線維芽細胞がビタミンC を使い、プレプロコラーゲン preprocollagen を構成するプロリンやリジンを水酸化し、水酸化プロリンや水酸化リジンが存在するコラーゲンを形成する必要があります。また、コラーゲン分子の合成は、成長因子やホルモン、サイトカインなどの複雑な相互作用で調節されています。トランスフォーミング増殖因子βと血小板由来成長因子は線維芽細胞でのコラーゲンの産生を促し、糖質コルチコイドは産生を抑制します。膠原線維は、多くの結合組織においてみられますが、特に骨や軟骨、腱、靭帯では多量に存在します。ビタミンＣや銅などが欠乏すると、強靱な膠原線維が生成できません。図3-46 膠原線維の構成を示す模式図 ②弾性線維弾性線維elastic fiber は、膠原線維よりも細く、分岐し網状構造を形成しております。弾性線維は、コラーゲンを生合成する細胞、すなわち線維芽細胞や平滑筋細胞などでつくられます。弾性線維は、エラスチンelastin というタンパク質と、それを包む糖タンパク質のフィブリリン微細線維 fibrillin microfibril とから構成され、黄色で弾力性があり、長さが約1.5倍に伸びることができます。しかも、弾性線維は引っ張る力が無くなると、元の長さに戻ることができます。エラスチンを構成するタンパク質には、グリシンやリジンが豊富ですが、水酸化プロリンが少なく、水酸化リジンを欠いています。弾性線維が多い組織には、皮膚や血管壁、肺などがあります。図3-47 弾性線維を構成するエラスチンを模式的に示すエラスチン分子を架橋しているのは、デスモシンとイソデスモシンの間での共有結合によります。

(18)

図3-48 細網線維を示す模式図

③細網線維

細網線維reticular fiber は、コラーゲン(III 型)で形成されていますが、膠原線維のように集合せずに、膠原線維よりも細く(直径が0.5～2mm)、繊細な分枝した線維を形成しています。膠原線維と同様に、細網線維も強靱さがあり、物を支える働きがあります。きようじん細網線維が増えた細網組織は、肝臓や脾臓、骨髄、リひぞうこつずいンパ節などの器官で、細胞を支える骨格を形成します。 2)結合組織の細胞結合組織で観察される細胞には、特定の結合組織に存在する細胞と、そうでないものとがあります。 ①線維芽細胞線維芽細胞fibroblast は、結合組織で最もよく見られせんいがさいぼうるもので、結合組織の間を移動します。線維芽細胞は、結合組織の線維(膠原線維や弾性線維、細網線維)と、無定形の細胞外基質(タンパク質と炭水化物の複合体)とを産生します。線維芽細胞は、発育している組織や傷の治癒などにおいて活発に活動します。ちゆ成熟した組織では、線維芽細胞は減少し、不活発になり、線維細胞fibrocyte となります。脾臓や多くのリンパ組織では、線維芽細胞は、細網線維を形成し、細網細胞reticular cell とも呼ばれます。 ②大食細胞大食細胞(マクロファージ)macrophage は、体の門たいしょく番のような細胞で、結合組織の間を遊走し、細胞の破片ゆうそうを清掃したり、異物を監視し、細菌や異物を貪食します。どんしよく大食細胞は、造血組織で形成された単球系の前駆細胞ぜんくさいぼうが血管の外に遊走し、組織の中で発育したもので、体のゆうそう防御機構で重要な役割をはたします。赤色骨髄で形成された単球は、72時間以内に血管の外に出て、大食細胞になります。大食細胞の寿命は約３カ月間といわれています。大食細胞は、リンパ球のＴ細胞から分泌されるサイトカインで活性化されます。活性化された大食細胞は、化学走化性刺激chemotactic stimuli で移動し、細菌を貪食します。また、大食細胞は、リンパ球などに影響をおよぼす約100種類もの化学物質を分泌します。図3-49 細菌を貪食する大食細胞を示す模式図 ③肥満細胞肥満細胞mast cell は、細胞質が著明な顆粒で満たさひまんれた大きな細胞で、しばしば小血管に沿って観察されます。肥満細胞は、重要な物質(血管を拡張させるヒスタミン histamine や血液の凝固を防ぐヘパリン heparin など)ぎょうこを産生し、分泌顆粒の中に貯蔵します。アレルギー反応では、免疫グロブリンのIgE が肥満細胞の受容体に結合し、分泌顆粒に含まれている多量のヒスタミンを放出し、痒みや血管の拡張などを引き起こかゆします。図3-50 肥満細胞での顆粒の放出を模式的に示す

(19)

図3-51 脂肪細胞を示す模式図 ④脂肪細胞脂肪細胞adipocyte では、細胞質に大型の脂肪滴 fatしぼうてき droplet (主成分はトリアシルグリセロール triacylglycerol)がみられます。体が脂肪酸を必要とする時には、脂肪滴に含まれるトリアシルグリセロールを分解し、脂肪酸を血液中に放出することができます。脂肪滴に含まれるトリアシルグリセロールは、脂肪細胞のなかで、血液から取り込んだ脂肪酸と、グルコースから形成されたグリセロールglycerol とを結合させることで生合成されます。 a)白色脂肪細胞脂肪細胞には、２種類が存在します。一つは白色脂肪細胞white adipose cell と呼ばれるもので、細胞質に単一の大きな脂肪滴を含みます。皮下脂肪は、この白色脂肪細胞が集まったものです。白色脂肪細胞は、成長因子やホルモン、サイトカインなどの生理活性物質を活発に合成し、分泌しています。すなわち、レプチンleptin やアンギオテンシノーゲンangiotensinogen 、アディポネクチンadiponectin、レジスチン resistin、ステロイドホルモン(テストステロン、エストロゲン、糖質コルチコイド)、腫瘍壊死因子、インターロイキン-6、プラしゆようえしいんしスミノゲン活性化阻害因子などを合成し、分泌します。そがい【レプチン】レプチンは、16-kDa のペプタイドで、脂肪滴が増えると脂肪細胞からの分泌が増加し、視床下部の神経細胞に作用して摂食を抑制し、体の代謝を活性化させます。逆に、脂肪細胞の脂肪滴が減少すると、レプチンの分泌が抑制され、食欲が強まります。 b)褐色脂肪細胞

もう一種類は褐色脂肪細胞brown adipose cell で、細胞質に多数の脂肪滴と数多くの褐色のミトコンドリアかっしょくを含みます。褐色脂肪細胞には、交感神経の神経終末が図3-52 二種類の脂肪細胞の形成を模式的に示す分布し、体温が下がると交感神経からの刺激により多量の熱を発生します。新生児では、褐色脂肪細胞が体重の２％～５％を占め、体温維持に重要な役割を果たしていますが、成長とともに褐色脂肪細胞の割合は減少します。 ⑤その他の細胞前述のもの以外には、血管から遊走した好中球やリゆうそうこうちゆうきゆうンパ球、抗体を産生する形質細胞こうたいけいしつ plasmocyte などが結合組織に存在します。 3)結合組織の種類 ①疎(線維)性結合組織

疎(線維)性結合組織そ loose connective tissue (60頁図3-43参照)は、半流動状の基質の中に、白い綿花のように、隙間が多く、あらゆる方向に散在する膠原線維から構成されています。この線維の間の隙間には、線維芽細胞や大食細胞などが散在します。疎性結合組織は、体の中で最も広く分布している結合組織で、臓器を取囲んだり、空洞を埋める薄い白い綿花のように見られます。血管を保護する外膜は、疎性結合組織で構成されます。また、疎性結合組織は脂肪組織などと共に皮下組織を形ひか成し、皮膚をその深層の筋膜に結びつけます。さらに、粘膜を深層の筋層に結合させる粘膜下組織も疎性結合組織の例です。

(20)

表3-3 脂肪細胞で合成される主要な分子とその機能分子の名称主要な機能レプチン食欲と体内でのエネルギーの出納の調節、脳へ脂質の蓄積量を伝える、新しい血管の新生を促進する腫瘍壊死因子-β(TNF-b) インスリン受容体からのシグナルを妨害し、肥満におけるインスリン抵抗性を促進するプラスミノーゲン活性化阻害因子-１血液凝固の溶解を阻害する、分泌の亢進で血栓の形成を促進する (PAI-1) アンギオテンシノーゲンとアンギオテアンギオテンシノーゲンは、アンギオテンシⅡの前駆物質です。アンギオテンンシンⅡ シⅡは、血圧や血清中の電解質の濃度を調節する。また、アンギオテンシⅡ は、発育途上では脂肪芽細胞の分化を抑制し、成熟した脂肪細胞では脂質の貯蔵を制御している。インターロイキン-６(IL-6) 免疫系の細胞と相互作用を示し、グルコース代謝や脂質代謝を調節するアディプシン脂肪酸の貯蔵およびトリアシルグリセロールの形成を促進することで脂質代謝を調節するアディポネクチン脂肪酸の酸化を促進する、血液中のトリアシルグリセロール濃度およびグルコース濃度を減少させ、細胞におけるインスリンの感受性を高めるインスリン様増殖因子-１様々な細胞の増殖を促進し、成長ホルモンの効果を強めるレジスチンインスリンの効果を弱め、肥満と２型糖尿病とを関連づけるアディポフィリン細胞における脂質蓄積の特異的指標となる物質トランスフォーミング増殖因子-β 細胞における増殖や分化、アポトーシス、発育などを調節する (TGF-b) ＊＊トリアシルグリセロールの合成と分解＊＊３分子の脂肪酸＋１分子のグリセロール ⇔ トリアシルグリセロール ②脂肪組織疎性結合組織の隙間に多数の脂肪細胞adipocyte が集ると、脂肪組織adipose tissue を形成します。脂肪組織の細胞の半分は脂肪細胞です。脂肪細胞は、小葉と呼ばれる一群に分けられます。小葉の間の疎性結合組織は、脂肪細胞を支え、血管や神経が脂肪組織を通過するのを可能にしています。肥満でない通常のヒトの場合には、脂肪組織は体重の約20％を占めています。脂肪組織には、２種類が存在します。一つは白色脂肪組織white adipose tissue と呼ばれるもので、細胞質に単一の大きな脂肪滴を含む白色脂肪細胞white adipose cell で構成されます。皮下脂肪などがこれに属します。

もう一種類は褐色脂肪組織brown adipose tissue で、細胞質に多数の脂肪滴と数多くの褐色のミトコンドリア

かっしょく

を含む褐色脂肪細胞brown adipose cell で構成されます。褐色脂肪組織には、交感神経の神経終末が多数分布し、体温が下がると交感神経からの刺激により多量の熱を発生します。新生児では、褐色脂肪組織が体重の２％～５％を占め、体温維持に重要な役割を果たしていますが、成長とともに褐色脂肪組織の割合は減少します。白色脂肪組織の主要な働きは、血液中の余分な脂肪酸やグルコースなどを脂肪細胞が取り込み、細胞質にある脂肪滴にトリアシルグリセロールなどで貯蔵し、体が必要な時に、脂肪滴のトリアシルグリセロールを分解し、脂肪酸を血液中に放出することです。図3-53 白色脂肪組織の顕微鏡写真．＊は脂肪滴を示す

(21)

さらに脂肪組織は体の形をつくり、体に加わる衝撃を和らげたり、体温の放出を防ぐ熱の絶縁体として働きます。

図3-54 新生児での褐色脂肪細胞(黒色)の分布を示す

③密(線維)性結合組織(強靭結合組織)

密性結合組織dense connective tissue は、基質が少

みつせいなく、膠原線維の束が密に集まったものです。この組織の細胞数は、疎性結合組織に比べて少なくなっています。密性結合組織は、強靭で、疎性結合組織に比べて柔軟きようじん性が減少します。 a)腱腱tendon は、密に集まった多数の白色の膠原線維束けんなどから構成され、強靭な紐状のもので、骨格筋を骨にひもじょう付着させています。 b)腱膜腱膜aponeurosis は、腱が単に薄い布状になったもけんまくので、やはり骨格筋を骨に付着させます。 c)靭帯靭帯ligament は、腱に似ているが、異なる点は、種じんたい々の量の弾性線維を含み、少し弾力性があり、骨と骨とを結んでいます。靭帯は、関節の部位に存在し、関節での過剰な動きを制限します。図3-55 腱の構造を模式的に示す ④細網(結合)組織図3-48(62頁)に示すように、細網組織 reticularさいもう tissue は、格子状の繊細な細網線維(Ⅲ型コラーゲンで構成)から主に構成され、実質器官を支える格子状の骨組みを形成しています。細網組織は、肝臓や脾臓、骨髄、リンパ節などで見らひぞうこつずいれます。リンパ節における細網線維は、ろ紙の役割を果たし、リンパから細菌などの異物を取り除きます。 3)支持組織の種類 ①軟骨組織軟骨組織cartilage tissue は、硬い強靭な結合組織で、なんこつ骨を形成する際の足場になったり、骨同志の動きを滑らかにしたり、体のある部位では骨組みとしての役割を担うなどの重要な役割を果たしています。軟骨組織は、身体のいたる所で大切な機能を果たしているくせに、他の組織が持っている特性をほとんど欠いた組織です。つまり、軟骨膜perichondrium を除いた軟骨組織には、神経や血管、リンパ管などが存在しません。さらに軟骨組織の特性が、細胞でなく、細胞の分泌物で形成された軟骨基質きしつcartilage matrix によってもたらされます。軟骨細胞chondrocyte は、小さな空洞の軟骨小腔なんこつしようくう cartilage lacuna に存在します。軟骨組織には血管が分布していないため、軟骨細胞は、栄養の乏しい状況下で生存しています。軟骨細胞は、周囲に巨大分子を分泌し、それが精巧な網目をつくって細胞外の軟骨基質となります。この基質には、多量のⅡ型コラーゲン(乾燥重量の約50％)やブロテオグリカンproteoglycan を含み、さらに多量の水(70 ％)も含んでいます。この軟骨組織の特性である硬さを生むものは、実は、水分子の存在です。軟骨組織は、通常、軟骨膜と呼ばれる密性結合組織によって取り囲まれています。軟骨基質には、線維が存在し、その種類と量に基づいて、軟骨組織は３種類に区別されます。つまり、硝子軟骨、線維軟骨、弾性軟骨です。しょうしなんこつ

(22)

図3-56 軟骨組織の一般的構造を示す模式図図3-57 軟骨細胞の働きを模式的に示す a)硝子軟骨生体では、硝子軟骨しようしなんこつhyaline cartilage は、青白く、表面が平滑でガラス状を示し、すこし弾力性がありますが、３種類の軟骨組織の中で一番もろいものです。硝子軟骨の基質には、多量の膠原線維(主成分はII 型コラーゲン)が存在しますが、光学顕微鏡では線維を観察することができません。硝子軟骨には、老化や病気などでカルシウムなどが沈着し、石灰化が起こります。硝子軟骨は、骨の端で関節の部位に存在する関節軟骨かんせつや肋骨の前端の肋軟骨、気管の壁にある気管軟骨、鼻の鼻軟骨などを構成します。びなんこつ b)線維軟骨線維軟骨fibrous cartilage は、圧迫や伸展に強く、せんいなんこつショックを吸収する構造を示し、脊柱を構成する椎体の間にある椎間円板あるいは膝関節にある関節半月などを構成しています。図3-58 ３種類の軟骨組織を示す模式図線維軟骨の性質は、硝子軟骨と密性結合組織との中間を示します。線維軟骨は、三つの軟骨組織の中で、一番強靱さと硬さを有し、一番強い組織です。散在する軟骨細胞の間に多量の膠原線維束を有する軟骨基質が存在し、均質な軟骨基質は軟骨小腔の外側縁に限定しています。この軟骨には、軟骨膜は存在しません。線維軟骨にも、老化や病気などでカルシウムなどが沈着し、石灰化が起こります。 c)弾性軟骨弾性軟骨elastic cartilage は、耳介や喉頭蓋などの骨じかいこうとうがい組みとなり、耳介軟骨や喉頭蓋軟骨をつくります。弾性軟骨は、硝子軟骨に似ていますが、この軟骨細胞は、膠原線維とともに弾性線維を産生します。弾性軟骨の軟骨基質には、多量の弾性線維が存在するため、黄色を呈し、弾力性があります。通常、弾性軟骨では石灰化はおこりません。

(23)

②骨組織骨組織bone tissue は、成熟した骨を形成する支持組織です。骨組織は、非常に硬い組織で、体を支えたり、内臓を保護したり、カルシウムやマグネシウム、リンの貯蔵庫としても働きます。骨基質bone matrix には、多量の膠原線維(主成分は I 型コラーゲン)が存在します。骨の重さの約三分の一は、膠原線維です。そのため骨組織には、弾力性と伸展に対する抵抗性とがあります。この膠原線維には、骨芽細胞osteoblast の働きによって、多量の水酸化アパタイト結晶[Ca３(PO４)２]３･Ca(OH)２と少量の炭酸カル

シウムCaCO３などの塩類が沈着しています。この塩類

の沈着によって骨組織には、硬さが付け加わります。骨細胞osteocyte は、骨小腔 bone lacuna の中に存在します。緻密質では、骨小腔は中心管(ハバース管) osteonic canal の周囲を４層～10層の同心円状に並んでいます。骨小腔は、互いに骨小管bone canaliculus によってつながっています。この骨小管によって栄養などが周辺の骨基質に拡散していきます。中心管は、骨の表面に平行に走行し、内部には骨単位を養う動脈と静脈が存在します。また、中心管からは骨の表面に垂直に走行する貫通管perforating canal が伸び、骨の深部の骨単位や骨髄に血液を運ぶ動脈や静脈が存在します。骨組織は、密性結合組織である骨膜periosteum によって包まれています。骨膜の作用は、骨の成長に貢献するとともに、筋と腱の付着部としての役割もあります。図3-59 骨の構造を示す模式図図3-60 前図の骨単位を拡大して示す 4)造血組織造血組織hemopoietic tissue は、赤血球や白血球、ぞうけつそしき血小板を作り出す組織です。

成人では、赤色骨髄red bone marrow に造血機能が

こつずい存在します。一方、胚子や胎児の場合には、骨以外の肝臓や脾臓なはいしたいじひぞうどの器官でも造血組織が見られます。造血組織は、他の結合組織と異なり、多種類の細胞から構成されていて、一分間に何百万個もの赤血球や白血球、血小板などを産生します。図3-61 赤色骨髄を模式的に示す図3-62 赤色骨髄から血管の中に移動する血球を示す

(24)

図3-63 ３種類の筋組織を示す模式図

３．筋組織

筋組織muscle tissue は、エネルギーを使い能動的に収縮が可能な特殊な筋細胞muscle cell から構成されており、体の運動や器官の形・大きさを変えることなどに関与します。筋細胞の長さが短くなる能動的な収縮は、アデノシン三リン酸がアデノシン二リン酸に分解する時に発生するエネルギーに基づいて、２種類の筋細糸(筋フィラメント)myofilament の間における滑走がおこり、筋節の長さが短くなることによります(図3-64)。筋細糸には、主にアクチンactin で構成された細い筋細糸と、主にミオシンmyosin で形成された太い筋細糸とがあります。

筋細胞muscle cell は、細長いので、筋線維 muscle fiber とも呼ばれます。筋組織は、形態学的特徴と機能的特徴とに基づいて２種類に大別されます。横紋筋組織と平滑筋組織です。さおうもんきんへいかつきんらに、横紋筋組織は、骨格筋組織と内臓性横紋筋組織、心筋組織に区分されます。図3-64 ２種類の筋細糸の滑走で筋節が短くなる図3-65 筋細胞での滑走がATPの分解によることを示す ①骨格筋組織

骨格筋組織skeletal striated muscle tissue は、骨格筋を構成します。骨格筋は、多くの場合、骨に付着し、歩く、走る、物を投げるなどの体の一部を動かす時に使用する筋です。肥満でない健康なヒトでは、骨格筋は体重の30％～40数％を占めています。また、多くの骨格筋は、神経を使って自分の意志で収縮させることが可能なため、随意筋とも呼ばれます。ずいいきん

骨格筋組織は、骨格筋細胞skeletal striated muscle cell が集まって形成されたものです。骨格筋細胞(線維)では、２種類の筋細糸が多量に規則正しく配列するため、タンパク質における光の屈折率の違いによって横紋が観察できます。また骨格筋細胞(線おうもん維)では、筋形質膜の直下に複数の核が存在します。図3-66 骨格筋の収縮で骨がＡからＢ、Ｃへと動く

(25)

図3-67 神経筋シナプスを模式的に示す骨格筋細胞では、脳や脊髄の前角に存在する体性神経細胞体由来の体性運動神経線維の終末から放出される神経伝達物質(アセチルコリンacetylcholine)によって収縮が開始します。そのため軸索の先端と骨格筋細胞の筋形質膜sarcolemma とで構成される神経筋シナプス neuromuscular synapse が存在します。体性運動神経線維から放出されたアセチルコリンが筋形質膜のアセチルコリン受容体に結合すると、筋形質膜じゆようたいに局所的な脱分極が発生します。脱分極の発生によってナトリウムチャネルが開き、ナトリウムイオンが細胞内に流入します。すると、脱分極が筋形質膜やＴ(橫)細管 T tubule を通じて伝わり、最終的に筋小胞体 sarcoplasmic reticulum の電位依存性カルシウムチャネルが開き、筋小胞体から筋形質sarcoplasm に向かってカルシウムイオンの放出がおこなわれます。図3-68 ミオグロビン免疫染色で３種類の骨格筋細胞を示す。ミオグロビンを多量に含む赤色筋細胞は細く、太い白色筋細胞はミオグロビン含有量が少ない。筋形質のカルシウムイオンがトロポニン複合体 troponin complex に結合することで骨格筋細胞の収縮が開始します。骨格筋細胞の収縮は、他の筋組織に比べて、強く早くが、疲労しやすい、との特徴があります。骨格筋が赤いのは、骨格筋細胞に酸素と結合できるミオグロビンmyoglobin が存在したり、血液が多量にふくまれているためです。骨格筋細胞は、直径の大きさやミオグロビン量、ミトコンドリアの数、筋小胞体の発達の程度、さまざまな酵素の濃度、収縮速度の違いなどによって、３種類に大別されます。すなわち、収縮は遅いが疲労しにくく一番細い赤色筋細胞(I 型)と、収縮は速いが疲労しやすく太い白色筋細胞(IIB 型)、両者の中間の性質を示す太い中間筋細胞(IIA 型)に区分されます。骨格筋細胞の中には、比較的多量のグリコーゲンが貯蔵され、通常、70kg のヒトでは約250㌘ (体の約四分の三)が貯えられています。しかし、骨格筋に存在するグリコーゲンは血液中のグルコース量の調節には利用できません。骨格筋組織に存在する筋衛星細胞のために、骨格筋組きんえいせいさいぼう織は体の中では比較的再生がよく、骨格筋組織の障害もすみやかに修復が可能です。しゆうふく骨格筋組織と同じ形態的特徴を示す内臓性横紋筋組織 visceral striated muscle tissue は、横隔膜や、舌、おうかくまくした咽頭の壁、食道の上部の壁などに存在します。