細胞は生まれ、はたらき、死ぬ
細胞は、ずっと動き続ける機械ではありません。つくられ、仕事をし、いつか止まります。体の中では毎日たくさんの細胞が死に、新しい細胞が入れかわっています。
この授業の大きなテーマは2つです。老化（時間とともにゆっくり変わること）と細胞の死（終わり）です。死には計画された死（アポトーシス）と事故による死（ネクローシス）があります。
老化した細胞の特徴
老いた細胞は、若い細胞とは見た目もはたらきも違います。次のしるしを探してみましょう。
- サイズが小さくなる：水分が減って、少し縮みます。
- はたらきが遅くなる：酵素の効きが悪くなり、エネルギーや新しい材料をつくるのが遅くなります。
- ゴミがたまる：リポフスチンなどの茶色い色素が内側にたまります。古いゴミを片づけるのが追いつかないからです。
- 核が変わる：大きくなったり、濃くなったり、変な形になったりします。
- 膜が弱くなる：必要なものを出し入れする力が落ちます。
- 分裂しなくなる：老いた細胞の多くは、もう分裂できません。
なぜ起こるのでしょう？ 時間がたつと、DNAに傷がたまります。ふだんの生活でできる有害な物質（活性酸素）が細胞の部品を傷つけます。さらに、染色体の端を守るふた（テロメア）が、分裂のたびに短くなります。テロメアが短くなりすぎると、細胞は分裂をやめます。
細胞の老化はゆっくり少しずつ進みます。体全体の老化は、たくさんの細胞がいっしょに老いた結果です。
アポトーシス：計画された細胞の死
アポトーシス（読み方：あぽとーしす）は、すべての細胞の中に入っている死のプログラムです。細胞が「あなたは傷ついている」「もう必要ない」といった合図を受け取ると、カスパーゼという酵素がはたらき始め、細胞の部品を決められた順に切り分けます。
- 細胞が縮み、隣の細胞から離れます。
- 核とDNAが細かく切られます。
- 細胞の表面があわだち、細胞は小さな密閉された袋に分かれます。
- 隣の細胞や、そうじ役の特別な細胞（食細胞）が袋を食べます。
中身がもれないので、腫れ（炎症）は起こりません。アポトーシスにはエネルギー（ATP）が必要です。細胞が自分から積極的に自分を分解するからです。
ネクローシス：けがによる死
ネクローシスは、やけど、強い毒、血流の不足、感染など、外からの原因で細胞がひどく傷ついたときに起こります。細胞は何が起こるかを自分でコントロールできません。
- 膜がはたらかなくなり、細胞がふくらみます。
- 膜が破裂します。
- 中身がまわりの空間にあふれ出ます。
- 体は炎症で反応します。赤み、腫れ、痛みが出て、まわりの細胞も傷つくことがあります。
アポトーシスとネクローシスの比較
| 項目 | アポトーシス | ネクローシス |
|---|---|---|
| 原因 | 内側からの合図。ふつうの場合、または傷が見つかったとき | 外からのけが、毒、血流がないこと |
| 計画されている？ | はい、プログラム | いいえ、事故 |
| 細胞の大きさ | 縮む | ふくらむ |
| 膜 | こわれず、袋をつくる | 破裂する |
| エネルギー（ATP） | 必要 | 必要ない |
| 隣の細胞 | 傷つかない。袋を食べる | あふれた中身で傷つく |
| 炎症 | なし | あり |
アポトーシスが大切な理由
- 体の形づくり：手足の指のあいだの水かきや、オタマジャクシのしっぽをなくします。
- 古い細胞の片づけ：古い血液の細胞や腸の内側の細胞を取り除き、新しいものと入れかえます。
- 危険な細胞の除去：DNAがひどく傷ついた細胞は、がんに育たないように「死ね」と命令されます。アポトーシスがうまくいかないと、傷ついた細胞が生き残って何度も分裂することがあります。くわしくはがんの生物学を読みましょう。
- バランス：つくられる細胞の数と失われる細胞の数が等しいと、組織の細胞数は一定に保たれます。
アポトーシスが少なすぎるとがんの原因になります。多すぎると、大切な神経細胞が死んでしまう病気のように、組織を傷めることがあります。
やってみよう：違いを見つける
3Dで：最後のステップに進みます。アポトーシスを押し、時間のスライダーをゆっくり動かして、細胞の大きさがどうなるか書きとめましょう。ネクローシスでも同じようにします。確認：アポトーシスは縮み、ネクローシスはふくらみます。
家で：新しいぶどうと干しぶどうを用意します。干しぶどうは小さくてしわしわで、老いて縮んだ細胞のようです。つぎに、干しぶどうを水に1時間つけて、ふくらむようすを見ましょう。縮むのとふくらむの、どちらがアポトーシスに、どちらがネクローシスに似ているでしょう？
重要な公式と用語
- アポトーシス＝計画的、縮む、密閉された袋、炎症なし、ATPが必要
- ネクローシス＝けがによる、ふくらむ、破裂、炎症あり、隣の細胞を傷つける
- アポトーシスの主な酵素：カスパーゼ
- 組織の細胞数が一定になる条件：つくられる細胞＝失われる細胞
- 老化のしるし：小さくなる、遅くなる、ゴミ（色素）、核の変化、テロメアが短くなる
例題
1. ある組織に細胞が1000個あります。毎日10個がアポトーシスで死に、10個の新しい細胞がつくられます。5日後の細胞は何個ですか。
つくられる数と失われる数が等しいので、細胞の数は変わりません。5日後も1000個のままです。これがアポトーシスが保つ安定したバランスです。
2. 農家の人が熱い油で手にやけどをしました。皮ふは赤く腫れました。この細胞の死はアポトーシスですか、ネクローシスですか。理由を2つ答えましょう。
ネクローシスです。理由1：原因が計画された合図ではなく、外からのけが（熱）だからです。理由2：赤みと腫れ（炎症）があり、これは細胞が破裂して中身があふれたときに起こるからです。
3. カエルが育つとき、オタマジャクシのしっぽがなくなります。これを起こすのはどの過程で、なぜ役に立ちますか。
アポトーシスです。しっぽの細胞は予定どおり死ぬ合図を受け取り、中身をもらさずに食べられます。カエルにもう必要ない部分を、体のほかの部分を傷つけずになくすことができます。
よくある間違い
- 細胞の死はすべて悪いものだと思うこと。アポトーシスは健康で計画された死で、体に必要です。
- 大きさの変化を逆に覚えること。アポトーシスは細胞を縮め、ネクローシスはふくらませます。
- アポトーシスが腫れを起こすと言うこと。中身は密閉された袋の中にあるので、腫れは起こりません。
- ネクローシスをプログラムだと思うこと。ネクローシスは、細胞が自分でコントロールできない事故による傷です。