高校生物「細胞分画法」細胞小器官の大きさと実験の注意点

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高校生物の細胞の観察で、細胞分画法を使って細胞小器官を分離してとり出し観察します。今日は細胞分画法のポイントと注意点を学習します。

細胞分画法

細胞分画法とは、細胞を破壊し、細胞の大きさ・密度の違いを利用して細胞小器官を順番に沈殿させ分離してとり出す方法です。

細胞分画法では、まずホモジェナイザーという器具を使って細胞を粉々に破砕します。破砕した液体である細胞破砕液(ホモジェネート)を遠心分離機を使って回転させ遠心分離します。このとき、大きな細胞小器官ほど沈殿しやすいので低速で遠心分離しても沈殿します。徐々に遠心分離速度を大きくしていくと、大きな細胞小器官から小さな細胞小器官へ、順番に沈殿させとり出すことができます。

細胞小器官の大きさは、大きい順に並べると次のようになり、その順に遠心分離できます。

  • …10μm
  • 葉緑体…5μm
  • ミトコンドリア…2μm
  • リボソーム…20nm

上記の細胞小器官の大きさは大体の目安で、細胞の違いや個体によっても大きさが異なります。

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細胞分画法の手順

次の手順で細胞分画法は進めます。

  1. ホモジェナイザーで細胞を破砕する。
  2. 破砕液を低速で遠心分離する。
    細胞壁が沈殿
  3. 上澄み液を中速で遠心分離する。
    葉緑体が沈殿
  4. 上澄み液を高速で遠心分離する。
    ミトコンドリアが沈殿
  5. 上澄み液を更に高速で遠心分離する。
    リボソーム小胞体など沈殿

細胞分画法

リボソームや小胞体は同時に沈殿物として出てくることが多いのですが、もっと細かく遠心分離を行うと、小胞体の方が密度が大きいので先に沈殿物として出てきます。

細胞分画法の注意点

細胞分画法では以下の点に注意して実験を行ってください。

  • 低温で破砕液をつくる
    細胞を破砕したときに、リソソームから加水分解酵素が出てきます。この酵素のはたらきで細胞小器官が分解されてしまします。また、ホモジェナイザーで破砕する際に摩擦熱が生じます。この熱による変性も防ぐために、氷水で冷やしながら素早く破砕します。
  • 等張液中で破砕液をつくる
    等張液中で細胞分画法を行わないと、生体膜でできているミトコンドリアなどが吸水し破裂します。細胞と等張のスクロース溶液をつくってその中で破砕します。
  • 緩衝液を加えて破砕液をつくる
    細胞小器官がもつタンパク質が、pHの変化で変性しないようにするため。
  • 破砕し過ぎない
    細胞分画法の最大の目的は、壊れていない細胞小器官を取り出すことです。破砕し過ぎると、細胞小器官自体が壊れてしまいます。
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