主な違い – 繊毛と鞭毛の違い
繊毛と鞭毛は、細胞の外部構造であり、主に細胞の運動に寄与する。
繊毛は短い毛のような構造で、いくつかの細胞の表面全体に多数存在する。
鞭毛は長い糸のような構造で、細胞の片側だけに少ない数で存在する。
繊毛は協調的なリズムで拍動するが、鞭毛は互いに独立して拍動する。
繊毛は真核細胞のみに存在する。
鞭毛は原核細胞、真核細胞の両方に存在する。
運動性の繊毛と鞭毛の両方を持つ生物は、undulipodiaとしてグループ化することができる。
繊毛と鞭毛の主な違いは、繊毛は呼吸管内の塵埃の蓄積を防ぎ、呼吸管に沿って薄い粘液層を作るのに対し、鞭毛は主に精子細胞が女性の生殖器官内を自走するために使用されることである。
この記事で解説しています。
- 繊毛とは
– 構造、種類、機能、特徴 - べん毛とは
– 構造、種類、機能、特徴 - 繊毛と鞭毛の違いとは？
繊毛とは
繊毛は、ほとんどの真核細胞の表面から伸びる細長い毛のような構造体または小器官です。
真核細胞には、一次/非運動性繊毛と運動性繊毛の2種類の繊毛が存在する。
一次繊毛
一次繊毛はすべての動物細胞に存在し、すべての哺乳類細胞には1本の一次繊毛が存在する。
人間の目や鼻などの感覚器官には、主に繊毛が存在する。
人間の眼球にある外節杆体視細胞は、特殊な繊毛を介して細胞本体とつながっている。
嗅覚神経細胞の樹状突起にも10本程度の一次繊毛があります。
このように、一次繊毛は、細胞内の多くのシグナル伝達経路を調整する感覚器官のアンテナとして考えられている。
これらのシグナル伝達経路は、時に細胞分裂や分化と連動することがあります。
一次繊毛の機能不全は、遺伝性繊毛症、多嚢胞性腎臓病、先天性心疾患などの疾病を引き起こす。
運動性繊毛
運動性繊毛は、細胞の表面に多数存在し、協調的な波状に拍動している。
気管の内壁にある運動性繊毛は、汚れを含んだ粘液を肺の外に掃き出す。
女性の卵管では、繊毛の拍動によって、卵巣から子宮に向かう卵子の移動が行われる。
繊毛には上皮性ナトリウムチャネルがあり、繊毛を浸して液面を調節している。
繊毛の運動性は、繊毛の周囲の液面レベルに依存する。
肺の呼吸器上皮の繊毛を図1に示す。
繊毛の構造
繊毛は繊毛形成の過程で形成される。
繊毛の内部には、軸索と呼ばれる微小管に基づく細胞骨格が存在する。
一次繊毛では、この軸糸は9本の外側の微小管二重鎖を含み（9+0軸糸）、リング状に集合している。
運動性繊毛では、外側の9本の微小管二重環に加えて、中央部に2本の微小管一重環（9+2 axoneme）が存在する。
ダイニンは、隣接する微小管二重鎖をつなぐ橋を形成するタンパク質です。
ダイニンはATPによって活性化され、隣接する微小管2本鎖の上を滑るようにして曲がる運動をする。
軸索の細胞骨格は、キネシンIIなどの分子モータータンパク質の結合部位を提供する。
キネシンIIは、微小管の中でタンパク質を上下に運ぶのに貢献している。
繊毛は、その根元で、微小管の組織化中心である基底体に付着している。
基底体にはCEP164、CEP170、ODF2などのタンパク質が含まれており、繊毛の安定性と形成を制御している。
軸糸と基底体の間の移行領域は、モータータンパク質と鞭毛内輸送のドッキングステーションとして機能する。
繊毛根粒は細胞骨格構造体であり、直径約100nmで、基底体から発し、細胞核に向かって伸びている。
図2に運動性繊毛の構造を示す。
図2：繊毛の構造
繊毛の機能
繊毛は、約600個のタンパク質からなる分子複合体であり、独立して機能するナノマシンとして働く。
上皮細胞では、一次繊毛が細胞触角として機能し、細胞外環境の化学的感知、機械的感知、熱感知を提供する。
また、細胞内シグナル伝達経路を媒介する。
また、運動性繊毛は、流体の流れの下流で分泌の役割を担っている。
ほとんどの上皮細胞は繊毛で覆われている。
繊毛は、気管に沿って薄い粘液の層を作ることで、呼吸管である気管内に塵がたまるのを防いでいる。
卵管細胞の繊毛は、卵子が卵管に沿って通過するのを可能にする。
鞭毛虫とは
鞭毛は、原核細胞や真核細胞の側面から突き出ているひも状の小器官です。
べん毛の主な役割は、細胞内の移動です。
また、鞭毛は外部環境の化学物質や温度を感知する感覚器官としての役割も担っている。
原核生物の鞭毛と真核生物の鞭毛は、その構成が異なる。
図3は、クラミドモナスの鞭毛の構成を示したもので、細胞側面に鞭毛を持つ。
図3: クラミドモナス(鞭毛を持つ)
べん毛の構造
べん毛には、細菌、古細菌、真核生物の3種類があります。
バクテリアの鞭毛は、らせん状のフィラメントで、時計回りまたは反時計回りに回転する回転モーターを備えている。
原核生物の鞭毛は、さまざまな配列が確認されている。
ビブリオコレラのような単細胞生物は、鞭毛が1本です。
ビブリオコレラのような単毛性細菌では、鞭毛は1本で、同じ場所に複数の鞭毛が存在する。
これらの鞭毛の基部は、極性オルガネラと呼ばれる特殊な細胞膜領域で囲まれている。
鞭毛が2本ずつ対向している細菌は両生類と呼ばれる。
スピロヘータには、対極から発生する特殊な鞭毛が軸糸として寄与しているものがあります。
大腸菌のような周産期細菌は、それぞれの方向から鞭毛を投射している。
図4は、細菌鞭毛の配置を示したものです。
図4: 細菌の鞭毛の配置。
細菌べん毛は、タンパク質からなるモーターと呼ばれる回転エンジンから構成されている。
細胞膜のH+イオン濃度勾配によって発生するプロトン起電力を動力源としている。
ローターは約6,000～17,000rpmで作動する。
べん毛は毎分200〜1,000回転程度で回転する。
べん毛の回転は、1秒間に60個の細胞長を達成できる。
一方、古細菌の鞭毛は非相同と考えられている。
真核生物の鞭毛は、真核生物の繊毛と構造的には似ているが、機能的には異なる。
動物、植物、原生生物などの真核細胞は、細胞内に鞭毛を持つ。
べん毛の機能
細菌および古細菌の鞭毛は、摂食、生殖、循環などの必要性に応じて細胞を別の場所に移動させる、細胞の運動に関与している。
特に哺乳類の精子は、卵子に出会うまで女性の生殖器官内を推進するために鞭毛を使用している。
べん毛は、9本の微小管二重鎖をつなぐダイニンの内腕と外腕が、ATPの加水分解エネルギーを利用してプロペラ状の運動を行う。
ネキシンが鞭毛に存在することで、平面的な波のような運動ができる。
図5は、鞭毛と繊毛の振動パターンの違いを示したものです。
図5：鞭毛と繊毛の動きの違い
繊毛と鞭毛の違い
セルあたりの数
繊毛。
1つの細胞には多数の繊毛が存在する。
鞭毛。
1つの細胞には少ない数の鞭毛があります。
形状
繊毛。
繊毛は短い毛のような構造をしている。
鞭毛。
鞭毛は、長い鞭状の構造です。
長さ
繊毛。
繊毛の長さは5〜10μm程度。
鞭毛 鞭毛の長さは約150μm。
構造
繊毛。
一次繊毛は9+0軸糸構造からなり、運動性繊毛は9+2軸糸構造からなる。
いずれの繊毛もネキシンを持たない。
鞭毛。
鞭毛は9+2軸糸構造からなり、ネキシンは微小管二重鎖の間に存在し、鞭毛に回転運動を起こさせる。
プレゼンス
繊毛。
繊毛は真核細胞のみに存在する。
鞭毛。
原核細胞、真核細胞の両方に存在する。
発生状況
繊毛。
繊毛は細胞全体に存在する。
鞭毛。
鞭毛は細胞の一端に発生する。
コーディネート
繊毛。
繊毛は協調して拍動する。
鞭毛。
べん毛は単独で拍動する。
ムーブメント
繊毛。
繊毛の運動は、掃引性、または、ペンジュラーストロークを示す。
鞭毛。
鞭毛はうねうねとした動きをする。
機能発現のメカニズム
繊毛の様子。
繊毛は、ATPase活性を持つキネシンを用いてエネルギーを生産し、運動を行う。
鞭毛。
べん毛は、細胞膜のプロトン起電力を動力源としている。
役割
繊毛。
呼吸管内に粘液の薄い層を作り、ほこりの蓄積を防ぐ。
鞭毛（べんもう 鞭毛は、主に精子細胞が移動・推進するために使用する。
機能
繊毛。
運動、摂食、循環などのプロセスに関与する。
鞭毛。
鞭毛は、運動機能に関与している。
例
繊毛のこと。
繊毛は、哺乳類の呼吸器や生殖器などの体内管の内側に存在する。
鞭毛。
細菌、古細菌、真核生物の多くは鞭毛を持つ。
ミドリムシは鞭毛を持つ真核生物と考えられている。
哺乳類では、精子細胞が特別に鞭毛で構成されている。
結論
繊毛と鞭毛はどちらも構造的には同じ小器官です。
繊毛と鞭毛の主な違いは、構造ではなくその機能にある。
繊毛は短い毛のような構造をしており、哺乳類の細胞表面に高密度に存在している。
鞭毛がプロペラのような動きをするのに対し、繊毛は前後に振動する。
従って、真核生物では、繊毛は主に摂食、生殖、循環に関与し、鞭毛は主に運動に関与している。
繊毛は塵埃の堆積から呼吸器官を保護する。
哺乳類の卵管にある繊毛は、卵巣から子宮に卵子を移動させる。
一方、鞭毛は、精子が女性の生殖器官内を卵子に向かって推進するのに関与している。
Web. 19 Mar. 2017.
2. “鞭毛”. ウィキペディア. ウィキメディア財団、2017年3月16日。
