細胞膜

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細胞膜

定義

細胞膜は、細胞膜とも呼ばれ、細胞を取り囲む脂質とタンパク質の二重層である。 細胞膜は細胞質（細胞の内容物）を外部環境から分離している。

細胞膜の機能

細胞膜は細胞に構造を与え、細胞に入る物質と出る物質を調節している。 細胞膜は選択的に透過するバリアであり、ある物質は通過させるが、他の物質は通過させないということである。

膜の通過

細胞が呼吸などの代謝機能を遂行するために必要とする酸素や、その副産物である二酸化炭素などの小さな分子は、膜を通して簡単に出入りすることができます。

しかし、イオンのような電荷の高い分子は直接通過できないし、炭水化物やアミノ酸のような大きな高分子は通過できない。 代わりに、これらの分子は膜に埋め込まれたタンパク質を通過する必要がある。 このようにして、細胞はこれらの物質の拡散速度を制御することができる。

細胞膜が分子を細胞質内に取り込むもうひとつの方法は、エンドサイトーシスによるものである。

エンドサイトーシスには、ファゴサイトーシス（「細胞を食べる」）およびピノサイトーシス（「細胞を飲む」）が含まれる。 これらの過程では、細胞膜が窪みを形成し、飲み込もうとしている粒子を取り囲む。

細胞はまた、エンドサイトーシスとは逆のエキソサイトーシスを通じて、細胞膜を越えて外部環境へ物質を送り出すことも可能です。 エキソサイトーシスでは、小胞が細胞質で形成され、細胞膜の表面へと移動する。 ここで小胞は細胞膜と合体し、内容物を細胞外に放出する。 エキソサイトーシスは、古い小器官を含む細胞で使用されない分子の部分である細胞の廃棄物を除去する。

細胞膜におけるシグナル伝達

細胞膜は、細胞のシグナル伝達とコミュニケーションにおいても重要な役割を担っている。 細胞膜には、細胞外にある分子と結合し、細胞内にメッセージを伝えることができるいくつかの埋め込みタンパク質があります。

重要なのは、細胞膜上のこれらの受容体タンパク質が、ホルモンのように体の他の領域から作り出される物質と結合することができることです。

こうした複雑なシグナル伝達経路の結果、細胞は、特定のタンパク質の生産を行ったり停止したりするなど、シグナル伝達分子によって指定された作用を行うことができるようになる。

細胞膜の構造によって、どのようにこれらの機能を実行することができるのでしょうか？

細胞膜の構造

細胞膜はリン脂質二重層から成っています。 リン脂質は、リン酸基の頭部と2つの脂肪酸の尾部からなる脂質分子です。

リン脂質のリン酸基の頭は親水性であり、リン脂質の尻尾は疎水性である。

水または水溶液中（体内を含む）では、リン脂質の疎水性頭部は、できるだけ水から遠い内側になるように向きを変えます。 一方、親水性の頭部は外側にあり、水と接触している。 その結果、リン脂質の二重層が形成され、中央に疎水性の頭部が集まり、その外側を親水性の尾部が形成している構造になっています。

Membrane-Associated Factors

リン脂質二重層に加えて、細胞膜には脂質分子、特に糖脂質とステロールも含まれています。 重要なステロールのひとつにコレステロールがあり、動物細胞では細胞膜の流動性を調節している。 コレステロールが少ないと、膜はより流動的になるが、同時に分子に対する透過性も高くなる。 膜に含まれるコレステロールの量は、一度に適切な量の分子が細胞内に入ることができるように、その透過性を維持するのに役立ちます。

細胞膜には、多くの異なるタンパク質も含まれています。 タンパク質は細胞膜の約半分を占めている。 これらのタンパク質の多くは膜貫通タンパク質で、膜に埋め込まれているが両側に突き出ている（つまり、脂質二重層全体にまたがっている）。

これらのタンパク質の中には、シグナル分子に結合する受容体も含まれる。 その他はイオンチャネルであり、細胞へのイオンの出入りを可能にする唯一の手段である。 科学者たちは、細胞膜の構造を説明するために流体モザイクモデルを使用しています。 細胞膜はその大部分がリン脂質で構成されているため流動的であり、そのためタンパク質はその表面を自由に移動することができます。

クイズ

参考文献