原核細胞が「ワンルームの部屋」だとすれば、真核細胞は「間取りのある家」です。
リビング（細胞質基質）、書斎（核）、発電所（ミトコンドリア）、太陽光パネル付き食料工場（葉緑体）──
細胞という「家」の中身を、部屋ごとに見ていきましょう。
真核細胞の内部には、膜で囲まれたさまざまな構造体が存在します。 これらを細胞小器官（オルガネラ）といいます。 細胞を1つの「都市」にたとえるなら、各細胞小器官は特定の役割をもつ「施設」です。
核は核膜（二重膜）に囲まれ、内部にDNAを収めています。DNAは遺伝情報の「設計図」であり、核はその設計図を保管する「図書館」であると同時に、遺伝子発現の指令を出す「市庁舎」でもあります。核の中には核小体があり、リボソームRNAが合成されています。
ミトコンドリアは二重膜で包まれた細胞小器官で、呼吸（有機物の分解）によってATPを合成する「発電所」です。内膜は内側に折れこんだクリステという構造をもち、ここで電子伝達系が働きます。内部の液状部分をマトリックスといいます。独自のDNA（環状）をもち、細胞内共生に由来すると考えられています（1-2参照）。
葉緑体は二重膜で包まれ、内部にチラコイド（光化学反応の場）とストロマ（カルビン回路の場）をもちます。光合成によってCO2とH2Oから有機物を合成する「食料工場」です。チラコイド膜にはクロロフィルなどの光合成色素があります。ミトコンドリアと同様、独自のDNA（環状）をもちます。植物細胞と藻類の細胞に存在します。
小胞体は膜でできた管状・袋状のネットワークです。リボソームが付着した粗面小胞体ではタンパク質が合成され、リボソームのない滑面小胞体では脂質の合成などが行われます。
ゴルジ体は扁平な膜の袋が重なった構造で、小胞体から運ばれてきたタンパク質に糖鎖を付加するなどの加工を行い、行き先ごとに仕分けて送り出す「宅配仕分けセンター」です。
リソソームは加水分解酵素を含む膜に包まれた小胞で、不要になったタンパク質や取り込んだ異物を分解する「リサイクル工場」です。動物細胞に多く見られます。
液胞は植物細胞で特に発達した膜に囲まれた空間で、水分・イオン・色素・老廃物などを蓄えます。成熟した植物細胞では液胞が細胞の大部分を占め、細胞の膨圧を維持する役割も果たしています。
細胞骨格はタンパク質の繊維からなる網目構造で、細胞の形を維持し、細胞内の物質輸送や細胞分裂にも関わっています。アクチンフィラメント、微小管、中間径フィラメントの3種類があります。
動物細胞と植物細胞はどちらも真核細胞ですが、いくつかの重要な違いがあります。
| 構造 | 動物細胞 | 植物細胞 |
|---|---|---|
| 細胞壁 | なし | あり（セルロース） |
| 葉緑体 | なし | あり（光合成を行う） |
| 液胞 | 小さい（あるいはなし） | 大きく発達 |
| 中心体 | あり | なし（多くの植物） |
| リソソーム | 発達 | 少ない |
原核細胞は真核細胞に比べてはるかにシンプルな構造をしています。 核膜に囲まれた核をもたず、DNAは核様体と呼ばれる領域にむき出しで存在しています。 ミトコンドリアや葉緑体などの膜で囲まれた細胞小器官もありません。
しかし、シンプルであることは「劣っている」ことではありません。 原核細胞は速く増殖でき、あらゆる環境に適応する能力をもっています。 大腸菌は好条件なら約20分に1回分裂でき、ヒトの細胞（約24時間）とは桁違いの速さです。
真核細胞が膜で囲まれた細胞小器官をもつことの最大の利点は区画化です。異なる化学反応を異なる区画（コンパートメント）で行うことで、互いに干渉せず効率的に進めることができます。たとえば、リソソームの強力な分解酵素は膜で囲まれているからこそ、細胞自身を消化してしまうことがありません。呼吸の電子伝達系がミトコンドリアの内膜で行われるのも、H+の濃度勾配を効率的につくるための区画化です。
この記事で学んだ細胞小器官は、これ以降のすべての章で繰り返し登場します。 「どこで何が起きるか」を整理して覚えておきましょう。
この節で学んだ基本事項を確認しましょう。
ミトコンドリアと葉緑体に共通する構造的特徴を3つ挙げよ。
①二重膜で包まれている。②独自のDNA（環状）をもつ。③独自のリボソーム（70S）をもつ。これらの特徴は細胞内共生説の根拠でもあります。
動物細胞にはなく植物細胞にある構造を3つ挙げよ。
細胞壁（セルロース）、葉緑体、大きな液胞。逆に、動物細胞にあり植物細胞にないものとして中心体があります。
原核細胞と真核細胞に共通して存在する構造を3つ答えよ。
DNA、細胞膜、リボソーム。原核細胞のリボソームは70S、真核細胞の細胞質のリボソームは80Sです。
この節で学んだ内容を、入試形式の問題で確認しましょう。
次の文中の空欄（ ア ）〜（ カ ）に入る適切な語句を答えよ。
真核細胞の（ ア ）は二重膜に囲まれ、内部にDNAを収めている。（ イ ）は呼吸によってATPを合成する細胞小器官で、内膜が折りたたまれた（ ウ ）をもつ。（ エ ）は光合成を行う細胞小器官で、光合成色素（ オ ）を含む。粗面小胞体で合成されたタンパク質は（ カ ）で加工・仕分けされて細胞外へ分泌される。
ア：核 イ：ミトコンドリア ウ：クリステ エ：葉緑体 オ：クロロフィル カ：ゴルジ体
各細胞小器官の名称と機能の対応を確認する基本問題です。ミトコンドリアの内膜のひだを「クリステ」、葉緑体の光合成色素を「クロロフィル」と答えましょう。ゴルジ体はタンパク質の「宅配仕分けセンター」として機能します。
(1) 真核細胞が膜で囲まれた細胞小器官をもつことの利点を、「区画化」の語を用いて50字以内で述べよ。
(2) 次の①〜⑥の構造のうち、原核細胞に存在するものをすべて選べ。
①核膜 ②細胞膜 ③ミトコンドリア ④リボソーム ⑤DNA ⑥ゴルジ体
(1) 区画化により異なる化学反応を別の区画で行え、互いに干渉せず効率的に代謝を進められるから。（43字）
(2) ②・④・⑤
(1) たとえばリソソームの消化酵素が膜で囲まれていなければ、細胞自身を消化してしまいます。ミトコンドリアの内膜でH+濃度勾配をつくるのも区画化の恩恵です。
(2) 原核細胞には核膜（①）がなく、ミトコンドリア（③）やゴルジ体（⑥）などの膜性細胞小器官もありません。しかし、細胞膜（②）、リボソーム（④）、DNA（⑤）はすべての細胞に共通して存在します。
ある研究者が、細胞を界面活性剤で処理してすべての膜構造を破壊した。次の問いに答えよ。
(1) この処理により、呼吸によるATP合成が停止すると予想される。その理由を「ミトコンドリア内膜」「H+濃度勾配」の2語を用いて50字以内で述べよ。
(2) この処理を行っても、解糖系は進行すると予想される。その理由を20字以内で述べよ。
(3) この処理により核膜も破壊されるが、DNA自体は分解されない。核膜が失われた場合、遺伝子発現にどのような影響が考えられるか。40字以内で述べよ。
(1) ミトコンドリア内膜が破壊されるとH+濃度勾配が維持できなくなり、電子伝達系によるATP合成が停止するから。（49字）
(2) 解糖系は細胞質基質で進行するため。（17字）
(3) 転写と翻訳の場の区別がなくなり、mRNAのスプライシングが完了する前に翻訳が始まる可能性がある。（40字）
(1) 電子伝達系はミトコンドリア内膜のH+濃度勾配（膜の内外のプロトン差）を駆動力としてATP合成酵素を回します。内膜が破壊されれば勾配は消失します。
(2) 解糖系はミトコンドリアの外、細胞質基質で進行する反応であり、膜構造に依存しません。
(3) 真核細胞では核内で転写・スプライシングが行われ、完成したmRNAが核外に運ばれて翻訳されます。核膜がなくなると、この空間的分離が失われます。実際、原核細胞では転写と翻訳が同時に起こっています。