体細胞 体細胞 各段階で正常に進行しているかがチェックされている 前期 中期 後期 細胞質 中心体 中心体 染色質 核膜 染色質 染色体 染色体ができ 2 本になる 核膜の崩壊 中心体が分離して移動し 微小管が伸びて星状体に 赤道板ができる染色体が赤道面に集まる 微小管が染色体の動原体に付着 ( 装

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1 細胞 1 個の細胞 ( 母細胞 ) が 2 個以上の細胞 ( 娘細胞 ) に分かれる現象で生物の基本的な増殖方法 体細胞 1 個の母細胞から母細胞と同じ DNA を持つ 2 個の娘細胞ができる細胞核と細胞質の 2 段階からなる 配偶子を形成する際に行われ 娘細胞の DNA が母細胞の半分になる中間で DNA を複製せずに 2 回連続して細胞がおきる 体細胞の間に : 間期 G1 期 S 期 G2 期 DNA の複製中心小体の複製 細胞骨格タンパク質などの合成 細胞周期調節系 :DNA の損傷の有無や適切な状態かをチェック G1/S チェックポイント G1 S G2 M S 期チェックポイント M 期細胞 G2/M チェックポイント M 期チェックポイント DNA の複製 側はヌクレオチドのリン酸がある側 による DNA 量の変化 RNA プライマー ラギング鎖 岡崎フラグメント DNA 親鎖 リーディング鎖 岡崎フラグメント DNA 親鎖 DNA ポリメラーゼ 複製フォーク プライマーゼ DNA ヘリカーゼ n 2n 2n G1 S G2 前中後終前中後終間期第一第二 n 生殖細胞 半保存的複製 合成された 2 本の DNA の 1 本は親鎖である の進行 ヒトの染色体 核型 : 細胞中期の染色体を長さなどを基準に並べたもの 染色体の数 ウマ 64 ロバ 62 ヒトは 22 対の常染色体と 1 対の性染色体からなる ( 合計 46 個 ) X Y 生物 2n シロイヌナズナ 10 ライムギ 14 オオムギ 14 タマネギ 16 イネ 24 生物 2n コイ 100 ハト 16 ニワトリ 78 ハツカネズミ 40 チンパンジー 48 相同染色体同形同大の染色体片方は父親から 片方は母親からもらう 性染色体性決定に関わる染色体雌雄で異なることがある コムギ 42 ショウジョウバエ 8 ミミズ 32 ヒツジ 54 ウシ 60 イヌ 78 1

2 体細胞 体細胞 各段階で正常に進行しているかがチェックされている 前期 中期 後期 細胞質 中心体 中心体 染色質 核膜 染色質 染色体 染色体ができ 2 本になる 核膜の崩壊 中心体が分離して移動し 微小管が伸びて星状体に 赤道板ができる染色体が赤道面に集まる 微小管が染色体の動原体に付着 ( 装置 ) 微小管が縮んで染色体が 移動 ( 終期 ) 核膜の再形成染色体は染色質に戻る 赤道面の細胞表層の微小繊維にミオシンが作用し収縮環が形成収縮環がくびれ細胞質が G1 期または G0 期 と DNA( 染色体 ) 2n=4 2n=8 2n=4 2n=4 と核相 核相 : 有性生殖を行う生物を染色体数の構成で表現したもの DNA 複製 父親 2n=46 精子 n=23 DNA 複製 2n=8 2n=4 2n=4 n=2 n=2 n=2 n=2 受精 子 2n=46 母親 2n=46 卵子 n=23 各段階で正常に進行しているかがチェックされている G2 期 第 1 前期二価染色体相同組換え 第 1 後期第 2 前期第 2 後期第 2 終期 DNA の複製をしない 2

3 精子形成 精子 受精に必要なもの以外はセルトリ細胞に吸収されている ( 中心体は受精卵の卵割に必要 ) 精子被覆抗原があると受精できない 先体 精子被覆抗原 ( 精漿由来 ) 核中心体ミトコンドリア 鞭毛 始原生殖細胞 体細胞 精原細胞精母細胞精細胞精子 性成熟から老年期まで 頭部中間部鞭毛部 卵子形成 卵巣 顆粒膜細胞 極体 原始卵胞 発育卵胞 卵胞ホルモン 透明帯 一次卵母細胞 閉鎖卵胞 成熟卵胞 卵胞腔 白体 始原生殖細胞 卵原細胞卵母細胞卵子 黄体 赤体 排卵 体細胞 胎児期 排卵まで精子貫入後 黄体ホルモン 二次卵母細胞 染色体不分離 Lecture notes prepared by Jonathan Wolfe 20 歳未満の母親で2000 分の1の確率で生じる染色体異常 21 番目の染色体が 3 つある 21 トリソミー ( ダウン症候群 ) 正常な場合 染色体は 2 つずつ ( ダイソミー ) 1 つの場合をモノソミー 3 つの場合をトリソミーという 常染色体異常 21 トリソミー 18 トリソミー 13 トリソミー ( 他の染色体は生命維持に重要で致死的なためまれである ) 性染色体異常 トリソミーになっても不活性化するので比較的症状が軽い X Y クラインフェルター症候群 (XXY XXXY など ) 男性 500~1000 人に 1 人で 一生気づかれない場合も多い 35 歳で 400 分の 1 40 歳で 100 分の 1 45 歳で 30 分の 1 の確率 ターナー症候群 (X) X にはヒトの生命維持に必要な遺伝子があるので Y モノソミーはない 3

4 有性生殖と無性生殖 生殖のために分化した細胞 生殖細胞胞子 精子 卵子など生殖細胞のうち合体によって新個体をつくるもの 配偶子 無性生殖 出芽栄養胞子による胞子生殖むかご塊茎 細菌類 藻類 原生動物酵母菌 ヒドラ菌類オニユリ ヤマノイモサツマイモ 配偶子による生殖 有性生殖 栄養生殖 地下茎 ジャガイモ ワラビ タケ 配偶子によらない生殖 無性生殖 無性生殖は 1 つの個体が単独で新しい個体を形成する親と同じ遺伝情報をもつ個体ができる 走出枝 球茎 ユキノシタ オリヅルラン サフラン グラジオラス 栄養胞子 : 体細胞によって作られた胞子減数胞子 : によって作られた胞子シダ植物の胞子はによって作られ有性生殖する ミツバチと単為生殖 有性生殖と遺伝子 女王バチ (2n) 単為生殖 オス (n) 母親 :2n=46 卵子 :n=23 相同組換え 未受精卵 (n) 卵 (n) 受精卵 (2n) 貯精のうの精子 (n) 女王バチ (2n) フェロモン 働きバチ (2n) 父親 :2n=46 受精 精子 :n=23 子 :2n=46 卵巣が退化 無性生殖 vs 有性生殖 高校生物教育の小箱 大阪府教育センター 世代交代 無性生殖 有性生殖 精子と卵子 プラヌラ 増殖能率良い悪い 遺伝子変化しない変化する 環境適応性低い高い ミズクラゲ 有性世代 生活環 無性世代 スキフラ ヒトの染色体は 46 本なので 2 23 =8,388,608 通りの配偶子ができ 8,388,608 2 =70,368,744,177,664 通りの次世代が生じる可能性がある * 相同組み換えを除いても エフィラ ストロビラ 4

5 体外受精 卵と精子が親の体外に放出されて受精が行われる方法 体内受精 卵が親の体外に放出されずメスの体内で受精が行われる方法 シロザケの放卵と放精 雄性器を挿入して精子を注入する オス 交尾異個体間で配偶子をやり取りする際に 互いの生殖器官を直接つなぎ合わせる生殖行為 メス メスが産卵した卵に精子をふりかける 精包を受け渡す : 両生綱有尾目など ストリーキング 別のオスが割り込んで放精する 生殖孔を接触させて精子を受け渡す : 鳥綱 両生綱有尾目の受精 アカハライモリの場合メスがオスの求愛を受け入れた場合 オスに付いて歩きだすオスが総排泄腔から精包を落とし 前進する 体外受精と体内受精 体外受精 体内受精 場所 水のあるところ どこでも 配偶行動 必須ではない 必須 配偶行動のタイミング合わせる合わせる メスの総排泄腔が精包を拾い 体内に取り込む メスの貯精嚢に蓄えられ 産卵場所で受精させて産卵する 生殖器の構造簡単比較的複雑 エネルギー消費大きい比較的小さい 体外受精は体内受精と比較して多くの精子が必要なことが多い ( 体外受精では水中で精子が拡散してしまう ) 体内受精の場合 親子の関係が明確な場合も多い 精子 メスの一般的な生殖器 受精に必要なもの以外はセルトリ細胞に吸収されている ( 中心体は受精卵の卵割に必要 ) 先体 精子被覆抗原があると受精できない 精子被覆抗原 ( 精漿由来 ) 核 中心体 ミトコンドリア 鞭毛 卵管卵管膨大部卵管采 子宮角 子宮体 卵子 卵巣 子宮頚管 頭部中間部鞭毛部 膣 5

6 先体反応 ヒアルロニダーゼアクロシンなど 先体 糖タンパク質 受精能獲得 先体反応顆粒膜細胞 透明帯除去 透明帯反応 受精で透明帯の性質が変化し他精子の侵入が不可能になる 両者の細胞膜が融合 透明帯 透明帯の性状が変化囲卵腔が拡大多精拒否 卵の再開 囲卵腔 Ca 雌性前核の形成 透明帯には ZP1 ZP2 ZP3 の糖タンパク質がある精子が ZP3 と結合すると先体反応が始まる ZP3 は動物によって違うため異種間受精を防止できる 表層顆粒 Ca Ca 小胞体からCa 2+ が放出細胞内のCa2+ 濃度は細胞外や小胞体の10000 分の1 雄性前核の形成 雄性前核 雌性前核 ウニの発生 2 細胞期 4 細胞期 8 細胞期 16 細胞期桑実胚 前核の形成 DNA の複製 先体反応卵の再開 雌性前核 融合 雄性前核 2 細胞期 ( 極体は後に退化 消失 ) 受精膜 細胞成長がなく RNA が既に準備されているので間隔が短い 外胚葉内胚葉 中胚葉 動物極 胞胚腔 第一卵割 原腸原口 原腸胚 植物極 孵化 胞胚 ヒトの発生 透明帯は胚の形状維持や白血球からの防御に必要 胚盤胞 2 細胞期 4 細胞期 8 細胞期 16 細胞期 32 細胞期桑実胚 栄養膜細胞 後の胎盤 ( 胚側 ) 透明帯 透明帯 神経板 コンパクション割球が密着 透明帯を破って着床 胚盤胞腔 神経胚 原腸胚 胚盤胞 ( 胞胚 ) 内細胞塊 ( 胚性幹細胞 ) 後の胎児 6

7 着床 哺乳類の受精卵の 45% が着床せずに死ぬといわれている 三層性胚盤 子宮内膜 脱落膜 神経板 子宮腺毛細血管栄養膜合胞体層子宮内膜への接着 羊膜 浸潤 初期胎盤の形成 羊膜右 脊索 左 胚性外胚葉胚性中胚葉胚性内胚葉 胚外体腔膜 胚外中胚葉 上層下層胚盤 栄養膜細胞由来胚性幹細胞由来 卵黄のう ヒトの外胚葉 中胚葉 内肺葉 脊髄脊索体節 胎児側の胎盤の形成 前 羊膜 後 羊膜腔 尿膜腔 体腔 外胚葉 側板腸 絨毛膜 卵黄嚢 卵黄膜 血管 ( 造血 ) 卵黄嚢 尿膜 絨毛膜 - 卵黄膜 ( 初期の胎児側胎盤 ) 神経系 感覚系 表皮 中胚葉 骨格 筋肉 真皮 生殖器官 内胚葉呼吸系消化器系 卵黄嚢 ( 委縮する ) 尿膜腔 羊膜 : 胚を包んで羊膜腔を形成するとともに 羊水を分泌し 胚を取り巻く環境を一定にする 卵黄膜 : 造血を行い 原腸の一部に 尿膜 : 絨毛膜とともに胎児側胎盤を作る 絨毛膜 - 尿膜 ( 胎児側胎盤 ) 胎盤 ヒトの外胚葉 中胚葉 内肺葉 絨毛脱落膜 ( 母体の子宮由来 ) 脊髄 脊索 体節 絨毛膜 羊膜 羊水 子宮内膜 ( 母体の子宮 ) 外胚葉 体腔側板腸 神経系 感覚系 胎盤の機能栄養素 老廃物の交換酸素 二酸化炭素の交換ホルモンの分泌免疫抗体の移行など 胎盤 母体の子宮血管 表皮 中胚葉 骨格 筋肉 真皮 生殖器官 内胚葉呼吸系消化器系 7

8 それぞれの胚葉からできるもの 原腸胚 神経胚 成体 外胚葉 表皮 表皮 神経管 脳 脊髄 神経 感覚器 脊索 消失 中胚葉 体節 骨格 筋肉 結合組織 腎節 腎臓 側板 心臓 血管 平滑筋 腹膜 内胚葉 腸管 消化管 呼吸系 細胞が死ぬ ネクローシス 火傷などの病理的原因長期間にわたり漸次進行 膨張 溶解破裂 炎症反応 アポトーシス 遺伝子プログラム異常細胞の除去 DNA 断片化細胞核断片化凝縮 断片化 マクロファージによる消化 アポトーシス : プログラムされた細胞死 寿命 おおよその寿命で 自然環境下のものと飼育環境下のものが混じっている 細胞質 多細胞生物で見られる管理された細胞自殺 DNA 損傷など p53 カスパーゼ 9 細胞骨格分解 ミトコンドリア Fas リガンドサイトカイン カスパーゼ 3 様々な酵素の活性化 DNA 分解酵素 カスパーゼ 8 接着分子分解 分類 名前 寿命 アユ 1 年 シロザケ 4 年 魚類 イワシ 5 年 ヒラメ 20 年 トノサマガエル 5 年 両生類 ウシガエル 15 年 オオサンショウオ 70 年 ミドリガメ 30 年 爬虫類 アオウミガメ 70 年 ゾウガメ 150 年 分類 名前 寿命 スズメ 10 年 鳥類哺乳類 ニワトリ 10 年 カラス 20 年 ハト 20 年 マウス 3 年 イヌ 15 年 ブタ 25 年 ニホンザル 30 年 ゾウ 60 年 ナガスクジラ 80 年 細胞の限界 高校生物 : 細胞池田博明 DNAの複製 側はヌクレオチドのリン酸がある側 ヘイフリックの限界 動物 胎児細胞の細胞数 寿命 マウス 年 ミンク 年 ヒト 年 ゾウ 年 接触阻止 正常細胞 がん細胞 他の細胞との接触で増殖が止まる 増殖が止まらない RNA プライマー ラギング鎖 岡崎フラグメント DNA 親鎖 リーディング鎖 岡崎フラグメント DNA 親鎖 複製フォーク DNA ポリメラーゼ プライマーゼ DNA ヘリカーゼ 半保存的複製 合成された 2 本の DNA の 1 本は親鎖である 8

9 テロメア DNA の複製では RNA プライマーの部分が複製されない テロメア RNA プライマー 細胞停止 ( 老化 ) テロメア DNA の末端に存在する塩基配列 DNA を保護するもので 細胞のたびに短くなるテロメラーゼで伸長する 9