細菌の構造

細菌は球菌、桿菌、らせん菌など様々な形をとり、0.5～2μmくらいの大きさで単細胞生物です。私たちには見えませんが、身の回りには多くの細菌がいます。そして細菌は様々なゲノム関係でプラスに働くこともあれば、純水に病気を起こしたりマイナスに働くこともあります。今回は細菌の構造について見ていきたいと思います。

細菌は基本的に以下のようなものからできています。

核様体
プラスミド
リボソーム
細胞膜
細胞壁
鞭毛
線毛
芽胞

核様体

細菌は核膜に包まれた核を持たず、一般的に染色体DNAは環状二本鎖DNAとなっています。そしてこの環状二本鎖DNAは細胞質中にフワフワ浮いてます。これを核様体と呼びます。

プラスミド

細菌の一部には核様体から独立して自律複製するプラスミド(DNA)をもつものがいます。このプラスミドの中には耐性菌の原因となる薬剤耐性因子などがあります。

リボソーム

細菌のリボソームは真核生物とは異なり、70S(30Sサブユニットと50Sサブユニット)からなります。この違いが抗生剤のターゲットとなります。

細胞膜

細菌の細胞膜は、主にリン脂質と膜蛋白などからなる脂質二重膜構造が一般的です。

細胞壁

細菌の細胞壁はN-アセチルムラミン酸とN-アセチルグルコサミンをからなるペプチドグリカンによって作られています。細胞壁は細菌の形を維持するだけでなく、浸透圧などから守る働きをしています。そのため細胞壁を壊されてしまうと最近は破裂してしまいます。よって、細胞壁も抗生剤のターゲットとなります。

鞭毛

鞭毛は細菌が移動したり、細菌の周りに液流を起こすために存在します。

線毛

線毛は一部の細菌に見られ、細菌と細菌、細菌と組織の付着に関わります。

芽胞

一部の細菌は増殖環境が悪化すると、休眠状態にある芽胞を作ります。芽胞は熱、消毒薬、乾燥、紫外線、放射線などに対する抵抗性を示します。芽胞を作る代表的な病原菌には以下のようなものがあります。

Bacillus属；炭疽菌、セレウス菌
Clostridium属；ボツリヌス菌、破傷風菌、ディフィシル菌、ウェルシュ菌

芽胞を滅菌するには高圧蒸気滅菌が必要となります。

まとめ

細菌は核様体、プラスミド、リボソーム、細胞膜、細胞壁、鞭毛、線毛、芽胞などからなる。
細菌のリボソームや細胞壁は抗生剤のターゲットとなる。
一部の細菌は芽胞を作り、熱、消毒薬、乾燥、紫外線、放射線などに抵抗性を示す。芽胞を滅菌するには高圧蒸気滅菌が必要。

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細胞内小器官の働き: 細胞内小器官にはミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体、リソソーム、ペルオキシソームなどが存在します。これらがうまく働くことで細胞の機能が保たれています。
細胞周期、アポトーシスとネクローシス: 細胞周期はG0期(静止期)→G1(第一間期)→S期(DNA合成期)→G2期(第二間期)→M期(分裂期)→G0期という順番で行われます。細胞にとって予定されている死をアポトーシス、予定されていない死をネクローシスといいます。
複合脂質、ホスファチジルコリン(レシチン)の働き: 骨格にグリセロールを含む複合脂質をグリセロ脂質といい、スフィンゴシンを含む複合脂質をスフィンゴ脂質といいます。ホスファチジルコリン(レシチン)はホスホリパーゼA2が働くとアラキドン酸などを生じます。
神経系1、大脳: 中枢神経系は脳や脊髄、末梢神経系は脳神経や脊髄神経に分類されます。大脳は大脳皮質、大脳基底核、大脳髄質に分類されます。
神経系2、間脳、脳幹、小脳: 視床下部は自律神経、内分泌、本能行動を制御しています。脳幹は大脳と身体との電気信号の経路となります。小脳は運動機能などに関わります。
神経系3、脊髄: 脊髄は、外側にある白質と、内部にある灰白質と呼ばれるところがあり、灰白質の後ろのでっぱりを後角、前のでっぱりを前角と言います。脊髄が中枢となり無意識に行う行動を反射と呼びます。
神経系4、脳神経と脊髄神経: 末梢神経系を解剖学的にわけると、脳神経と脊髄神経にわけることができます。脳神経は全部で12対あり、脊髄神経は全部で31対あります。
神経系5、体性神経系と自律神経系: 体性神経系は知覚神経と運動神経にわけることができます。自律神経系は交感神経と副交感神経にわけることができます。交感神経の節前繊維は、胸髄と腰髄から出てきます。
神経系6、神経細胞の構造: 神経細胞は細胞体、樹状突起、軸索からなります。有髄神経線維は跳躍伝導がおこるため速いです。電気的な興奮は、静止状態、脱分極、再分極を経て行われます。
骨の構造: 骨は細かく見ると骨組織、骨髄、軟骨組織、骨膜からなります。赤色骨髄は造血機能を持ちます。軟骨組織は主に関節に関わります。骨膜は骨の表面を覆っていて、骨を保護したり、筋肉を骨に固定します。
筋肉1、骨格筋の収縮: 筋肉は横紋筋と平滑筋にわけることができます。横紋筋はさらに骨格筋と心筋にわけることができます。骨格筋の収縮には、筋小胞体からのCa2+の放出が必要で、Ca2+がトロポニンCにくっつきロックが外れることで起こります。
筋肉2、心筋の収縮: 心筋は横紋筋の1つで横紋構造を持ちます。心筋の収縮は自律神経が調節に関わり、Ca2+なども関わってきます。これらを理解することで強心配糖体の理解にもつながります。
筋肉3、平滑筋の収縮: 平滑筋は横紋構造は持たず、自律神経によって支配されています。平滑筋の収縮には、Ca2+とカルモジュリンが結合してミオシン軽鎖キナーゼを活性化することによります。
皮膚の構造: 皮膚は、表皮と真皮からなり、その下には皮下組織が存在します。表皮にはメラニン細胞(メラノサイト)、ランゲルハンス細胞、メルケル細胞などが存在し、真皮の汗腺はエクリン腺とアポクリン腺などの種類があります。
循環器1、心臓の構造: 心臓の上の部分を心房、下の部分を心室と呼びます。内頚動脈と椎骨動脈でウィリス動脈輪を作り、そこから脳の各部位へ血液が送られます。
循環器2、刺激伝導系と心電図: 刺激伝導系は洞房結節→房室結節→ヒス束→左脚右脚→プルキンエ線維と伝わります。心電図は活動電位の時間的変化を体の表面の電極で記録したものです。
リンパ液の流れ: リンパ液は淡黄色をしていて、多くのリンパ球を含みます。リンパ球の産生や分化をする赤色骨髄や胸腺は一次リンパ器官と呼ばれます。免疫応答をするリンパ節や脾臓は二次リンパ器官と呼ばれます。
呼吸器系、気管や肺の構造: Ⅰ型肺胞上皮細胞は肺胞の表面の多くを占めて、ガス交換を行います。Ⅱ型肺胞上皮細胞は表面活性物質(サーファクタント)を分泌して、肺胞内側に存在する水の層による表面張力を減らします。
消化器系1、胃とプロトンポンプ: 主細胞はペプシノーゲンの分泌、副細胞はムチン(粘液物質)の分泌、壁細胞は胃酸や内因子の分泌、G細胞はガストリンの分泌などに関わります。胃酸の分泌にはプロトンポンプ(H+,K+-ATPase)が関わります。
消化器系2、小腸と大腸: 小腸は消化や吸収の大部分を行い、十二指腸、空腸、回腸にわけられます。大腸は水分を吸収して糞便の形成などを行い排泄に関わり、盲腸、結腸、直腸にわけられます。
消化器系3、肝臓と膵臓: 肝臓は解毒の他にも、各栄養素の代謝や凝固系にも関わります。膵臓は膵液やインスリンなどのホルモンの分泌が主な仕事です。
泌尿器系、腎臓の働き: 腎臓の働きは排泄だけでなく、エリスロポエチン、レニン、活性型ビタミンD3の産生にも関わります。腎小体ではアミノ酸、グルコース、ビタミンなどがろ過されますが、尿細管で再吸収が行われます。
内分泌系1、ホルモンとフィードバック機構: ホルモンは恒常性を保つためにフィードバック機構が働きます。ステロイドや甲状腺ホルモンなどの一部は細胞内受容体に結合して作用します。
内分泌系2、視床下部と脳下垂体のホルモン: 脳下垂体前葉からは、基本は刺激ホルモン放出ホルモンが出てきますが、プロラクチンと成長ホルモンは例外です。脳下垂体後葉からはオキシトシンとバソプレシンが出てきます。
内分泌系3、甲状腺ホルモン: 甲状腺ホルモンは甲状腺濾胞細胞から分泌され、カルシトニンは傍濾胞細胞から分泌され、パラトルモンは副甲状腺から分泌されます。
内分泌系4、副腎皮質ホルモン: 副腎皮質ホルモンは、球状層、束状層、網状層などから分泌され、鉱質コルチコイド、糖質コルチコイド、副腎アンドロゲンなどがあります。副腎髄質からアドレナリンやノルアドレナリンが出てきます。
内分泌系5、消化器系のホルモン: プロインスリンからCペプチドが切断して、インスリンとなります。ガストリンは胃幽門部から分泌され、胃壁細胞に作用します。セクレチンはアルカリ性に富む膵液の分泌促進、コレシストキニンは消化酵素に富む膵液の分泌促進に関わります。
エイコサノイド、プロスタグランジン、トロンボキサン、ロイコトリエン: オータコイドは神経伝達物質とホルモンの間のような生理活性を示します。シクロオキシゲナーゼ経路ではアラキドン酸からプロスタグランジン類やトロンボキサン類が作られます。
感覚器、眼と耳: 感覚器の眼のうち、水晶体は白内障、毛様体は緑内障に関わります。耳は聴覚だけでなく、平衡感覚に関わり、前庭や半規管が重要な役割を果たしています。
血液系、赤血球、白血球、血小板: 血液を遠心分離にかけると、血球と血漿にわけられ、血清は血漿の一部ということができます。赤血球は酸素の運搬、白血球は免疫、血小板は血液凝固に関わります。
セロトニンはトリプトファン、ヒスタミンはヒスチジンから作られる: セロトニンはトリプトファンから作られます。セロトニンは腸クロム親和性細胞にほとんど存在しています。ヒスタミンはヒスチジンから作られます。ヒスタミンは肥満細胞や好塩基球などに存在しています。
アンギオテンシン、ブラジキニンの作用: アンギオテンシンⅡはレニンなどが関わり作られて、血管収縮作用、アルドステロン分泌などの作用を示します。ブラジキニンを分解するキニナーゼⅡはアンギオテンシン変換酵素(ACE)と同じです。
糖の性質、D体L体、エピマー、アノマーなど: 糖の代表例としてグルコースをあげて、D体やL体、エピマー(ガラクトース、マンノース)、アノマー(α体、β体)などについてまとめました。
単糖と二糖類、ペントースとヘキソース: ペントースはアラビノース、キシロース、リボースがあります。ヘキソースはグルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトースなどがあります。変旋光や還元性に注意が必要です。
多糖類、単純多糖と複合多糖: 単純多糖は1種類の糖からなり、アミロース、セルロース、アミロペクチン、グリコーゲンなどがあります。複合多糖は2種類以上の糖からなり、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ヘパリンなどがあります。
グリコーゲンの合成と分解: グリコーゲンは、UDP-グルコースから作られ、肝臓や筋肉に貯められます。グリコーゲンは、グルコース6-リン酸まで分解された後、肝臓では血糖値の維持、筋肉ではATPの産生に使われます。
糖新生の概要: 糖新生は乳酸、糖原性アミノ酸、グリセロールなどからグルコースが作られます。乳酸、糖原性アミノ酸からはピルビン酸が作られ、不可逆的反応のためぐるっと大回りしてグルコースが作られます。
タンパク質の高次構造と変性と塩析: タンパク質は、水素結合などのその他の結合力が働き、一次構造、二次構造、三次構造、四次構造などをとります。タンパク質には変性や塩析などの性質を持ちます。
酵素の性質、基質特異性、最適温度、最適pH: 酵素には、基質特異性、最適温度、最適pHなどの性質があります。アポ酵素に補因子や補酵素が結合して、酵素活性を示すものをホロ酵素と言います。
反応速度、ミカエリスメンテン式: ミカエリスメンテン式が基質が大きい時は、v=Vmaxで頭打ちの曲線を描きます。ミカエリスメンテン式の逆数の式をプロットしたものをラインウィーバーバークのプロットと言います。
DNAの複製に関わる酵素: DNAの複製は様々な酵素が関わり、DNAヘリカーゼが二重らせんをほどき、プライマーゼがRNAプライマーを作ります。そこにDNAポリメラーゼが5'→3'方向に岡崎フラグメントを作り、DNAリガーゼでくっつけられます。
DNAの変異、ミスセンス変異、ナンセンス変異、フレームシフト変異: DNAの変異には、ミスセンス変異、ナンセンス変異、フレームシフト変異などがあり、本来とは異なるタンパク質が作られたり、タンパク質の合成が終わってしまう変異が存在します。
DNAやRNAの核酸塩基の覚え方: DNAは、糖が2-デオキシ-D-リボース、核酸塩基はアデニン、グアニン、シトシン、チミンからなります。RNAは、糖がD-リボース、核酸塩基はアデニン、グアニン、シトシン、ウラシルからなります。
DNAの二重らせん構造と水素結合: DNAはデオキシリボヌクレオチドがホスホジエステル結合でたくさんつながったものです。核酸塩基同士は水素結合でつながっていてアデニンとチミンが水素結合2本、グアニンとシトシンが水素結合3本でつながっています。
染色体の構造、クロマチン、ヌクレオソーム、ヒストン: 染色体はクロマチンがたくさん集まっている。クロマチンはさらにヌクレオソームが連なったものです。ヌクレオソームはDNAがヒストンに巻き付いたものです。
ヌクレオチドの生合成、denovo経路とサルベージ経路: ヌクレオチドの生合成はプリンかピリミジンかで異なります。denovo経路は新生経路でサルベージ経路は再利用経路でヌクレオチドの生合成します。
転写プロモーター、エンハンサー、サイレンサー、エキソン、イントロンなどのまとめ: 転写を開始する特定のDNA領域を転写プロモーターという。高める塩基配列をエンハンサー、抑制する塩基配列をサイレンサーという。mRNAにおいて有用な部分をエキソン、不要な部分をイントロンと言う。
翻訳の概要、開始コドンと終始コドン: 開始コドンは、AUGのメチオニンです。終始コドンは、UAA、UAG、UGAの3つです。翻訳ではアミノアシルtRNAによってアミノ酸がリボソームに運ばれて、タンパク質が作られます。
遺伝子のクローニングとcDNAライブラリー: ベクターを使って、クローニングすることで有用なタンパク質を作り出すことができます。cDNAの組み換え体で形質転換されたものをcDNAライブラリーと言います。
新型コロナウイルスにおけるPCR法の原理: 新型コロナウイルスにおけるPCRでは検体のRNAを逆転写酵素で鋳型DNAを作り、それを増幅することで新型コロナウイルスに感染しているかどうかを調べることができます。
DNAの塩基配列の決定方法、サンガー法(ジデオキシ法): サンガー法(ジデオキシ法)は、2’,3’-ジデオキシリボヌクレオチド(ddNTP)の性質を利用するDNAの塩基配列決定方法です。
DNAの検出方法、サザンブロット法: サザンブロット法はDNA、ノーザンブロット法はRNAを検出する方法でプローブは同じです。ウエスタンブロット法はタンパク質を検出する方法でプローブは抗体を用います。
異物に対する生体バリアー: 物理的バリアーの代表例には、皮膚、粘液や絨毛などです。生理的バリアーの代表例には、正常細菌叢、汗や皮脂腺分泌物などです。化学的バリアーの代表例には、リゾチーム、ラクトフェリン、急性期タンパク質、インターフェロンなどです
補体とは、古典経路、第2経路、レクチン経路のまとめ: 補体は古典経路、第2経路、レクチン経路などの経路から活性化します。補体が活性化することで、炎症惹起、細胞障害、オプソニン化などの作用をもたらします。
抗体の構造と働き: 抗体は糖タンパク質で、中和抗体、補体活性化作用、オプソニン化、抗体依存性細胞性細胞障害(ADCC)反応などの働きがあります。抗体はIgG、IgM、IgA、IgE、IgDの5種類があります。
免疫に関わる細胞、T細胞とB細胞の成熟: 一次リンパ器官には骨髄、胸腺などがあり、二次リンパ器官にはリンパ節、脾臓、パイエル板、扁桃などがあります。B細胞は骨髄で成熟するが、T細胞は胸腺で成熟します。
自然免疫とToll様受容体: 自然免疫は、病原体の発見と初期の防衛を行う免疫で、貪食細胞が関わります。貪食細胞にあるToll様受容体(Toll-like receptor；TLR)は、獲得免疫へとつながります。
獲得免疫とMHC: MHCとは免疫学的な個性を決めるもので、ヒトのMHCはHLAと呼ばれ臓器移植の拒絶反応などに関わる。ヘルパーT細胞のTh1は細胞性免疫に、Th2は体液性免疫に関わる。
臓器移植と拒絶反応: 臓器移植における拒絶反応はHLAによる影響を受けます。拒絶反応は、超急性拒絶反応、急性拒絶反応、慢性拒絶反応の3つにわけられます。
Ⅰ型アレルギー、Ⅱ型アレルギー、Ⅲ型アレルギー、Ⅳ型アレルギー: Ⅰ型アレルギー、Ⅱ型アレルギー、Ⅲ型アレルギーは即時型アレルギーと呼ばれ、Ⅳ型アレルギーは遅延型アレルギーと呼ばれます。
細菌の増殖機構と影響因子: 細菌は、誘導期、対数期、定常期、死滅期という増殖機構をとります。また水素イオン濃度、温度、酸素分圧、塩濃度などの影響因子によって増殖スピードが変わります。
グラム染色の手順、グラム陽性菌とグラム陰性菌: グラム染色は、細菌の細胞壁によって染色が異なり、グラム陽性菌は紫色、グラム陰性菌は赤色に染まります。細菌の細胞壁は厚みの他にも、タイコ酸やリポ多糖などが異なります。
グラム陽性菌の代表例: グラム陽性菌の代表例には、ブドウ球菌属、レンサ球菌属、ジフテリア菌、炭疽菌、ボツリヌス菌、破傷風菌、ウェルシュ菌などがあります。特にMRSAが現場では問題になります。
グラム陰性菌の代表例: グラム陰性菌の代表例には大腸菌、赤痢菌、サルモネラ属菌、コレラ菌、腸炎ビブリオ、緑膿菌、ヘリコバクターピロリなどがあります。
ウイルスの構造と増殖: ウイルスは、コア、カプシド、エンベロープなどの構造があります。ウイルスは、吸着、侵入、脱殻、複製、放出という流れで増殖します。

細菌の構造