細胞膜の基本的な性質。細胞構造

細胞膜には十分な量がある複雑な構造 、電子顕微鏡で見ることができます。大まかに言うと、脂質（脂肪）の二重層で構成されています。別の場所さまざまなペプチド（タンパク質）が含まれています。膜の全体の厚さは約5〜10nmです。

細胞膜の一般的な構造は、生物世界全体に普遍的です。しかし、動物の膜にはコレステロール含有物が含まれており、これが膜の硬さを決定します。異なる生物界の膜間の違いは、主に膜上の構造 (層) に関係します。したがって、植物や菌類では膜の上にあります（外）細胞壁があります。植物では主にセルロースで構成され、菌類では主にキチンで構成されています。動物では、膜上の層は糖衣と呼ばれます。

違う細胞膜呼ばれた 細胞質膜または細胞膜。

もっと深い勉強細胞膜の構造は、細胞膜が実行する機能に関連する多くの特徴を明らかにします。

脂質二重層は主にリン脂質で構成されています。これらは脂肪であり、その一端には親水性の性質を持つ（つまり、水分子を引き付ける）リン酸残基が含まれています。リン脂質の 2 番目の末端は、疎水性の特性を持つ脂肪酸の鎖です (水と水素結合を形成しません)。

細胞膜内のリン脂質分子は、疎水性の「末端」が内側に、親水性の「頭部」が外側になるように 2 列に配置されています。その結果、細胞の内容物を外部環境から保護するかなり強力な構造が得られます。

細胞膜内のタンパク質封入体は不均一に分布しており、さらに移動性があります (二重層内のリン脂質は横方向に移動するため)。 20 世紀の 70 年代以来、彼らは次のように話し始めました。 細胞膜の流体モザイク構造.

タンパク質が膜にどのように含まれるかに応じて、内在性タンパク質、半一体性タンパク質、および周辺タンパク質の 3 種類のタンパク質が区別されます。内在性タンパク質は膜の厚さ全体を通過し、その端は両側に突き出ています。これらは主に輸送機能を実行します。半一体型タンパク質では、一方の端は膜の厚さに位置し、もう一方の端は外側（外側または内側）に出ています。酵素および受容体の機能を実行します。周辺タンパク質は膜の外面または内面に見られます。

細胞膜の構造的特徴は、細胞膜が細胞表面複合体の主要な構成要素であるが、唯一の構成要素ではないことを示しています。その他の構成要素は膜上層と膜下層です。

糖衣（動物の膜上層）は、オリゴ糖と多糖、および周辺タンパク質と内在性タンパク質の突出部分によって形成されます。糖衣の成分は受容体機能を果たします。

グリコカリックスに加えて、動物細胞には粘液、キチン、ペリレンマ（膜状）などの他の膜上構造もあります。

植物や菌類の膜上構造は細胞壁です。

細胞の膜下層は、細胞の支持収縮系を含む表面細胞質 (ヒアロプラズム) であり、その原線維は細胞膜に含まれるタンパク質と相互作用します。このような分子結合を介してさまざまな信号が伝達されます。

細胞の外側は厚さ約6～10nmの原形質膜（または細胞外膜）で覆われています。

細胞膜はタンパク質と脂質（主にリン脂質）の緻密な膜です。脂質分子は、水と強く相互作用する部分（親水性）が外側を向き、水に対して不活性な部分（疎水性）が内側を向くように、表面に垂直に2層に整然と配置されています。

タンパク質分子は、脂質フレームワークの両側の表面の不連続な層に位置しています。それらの一部は脂質層に浸され、一部は脂質層を通過して、水が浸透する領域を形成します。これらのタンパク質はさまざまな機能を果たします。その一部は酵素であり、その他は環境から細胞質へ、またはその逆方向への特定の物質の移動に関与する輸送タンパク質です。

細胞膜の基本的な機能

生体膜の主な特性の 1 つは選択透過性 (半透過性) です。- いくつかの物質はそれらを通過するのが困難ですが、他の物質は容易に横にさえ通過しますより高い濃度したがって、ほとんどの細胞では、内部の Na イオン濃度は環境よりも大幅に低くなります。 K イオンでは逆の関係が典型的です。細胞内の濃度は外側よりも高くなります。したがって、Na イオンは常に細胞に侵入する傾向があり、K イオンは常に細胞から出る傾向があります。これらのイオンの濃度の均一化は、膜内にポンプの役割を果たす特別なシステムが存在することによって妨げられます。このシステムは、Na イオンを細胞の外に排出し、同時に K イオンを細胞内に排出します。

Na イオンが外側から内側に移動する傾向を利用して、糖やアミノ酸を細胞内に輸送します。細胞から Na イオンが積極的に除去されると、グルコースとアミノ酸が細胞に侵入しやすい環境が作り出されます。

多くの細胞では、物質は食作用と飲作用によっても吸収されます。で 食作用柔軟な外膜は小さなくぼみを形成し、そこに捕捉された粒子が落ちます。この凹みは大きくなり、外膜の一部に囲まれて粒子は細胞の細胞質に浸み込みます。食作用の現象は、白血球 (食細胞) だけでなく、アメーバやその他の原生動物にも特徴的です。細胞も同様に、細胞に必要な物質を含む液体を吸収します。この現象はこう呼ばれた 飲作用.

外部膜さまざまな細胞両方とも大きく異なります化学組成それらのタンパク質と脂質、およびそれらの相対含有量による。さまざまな細胞の膜の生理学的活性の多様性と、細胞や組織の生命における役割を決定するのはこれらの特徴です。

細胞の小胞体は外膜につながっています。外膜の助けを借りてそれらは実行されます各種細胞間接触、つまり個々の細胞間のコミュニケーション。

多くの種類の細胞は、その表面に存在するという特徴があります。大量の突起、ひだ、微絨毛。それらは、細胞表面積の大幅な増加と代謝の改善の両方に貢献するだけでなく、個々の細胞と細胞間の結合を強化します。

U 植物細胞細胞膜の外側には、光学顕微鏡ではっきりと見える、繊維（セルロース）からなる厚い膜があります。これらは植物組織 (木材) を強力にサポートします。

一部の動物細胞は、細胞膜の上に多数の外部構造を持ち、保護的な性質を持っています。一例は、昆虫の外皮細胞のキチンです。

細胞膜の機能 (簡単に)

関数	説明
保護バリア	内部の細胞小器官を外部環境から分離します
規制	細胞の内部内容物と外部環境の間の代謝を調節します。
分割（細分化）	細胞の内部空間を独立したブロック（コンパートメント）に分割すること
エネルギー	- エネルギーの蓄積と変換。 - 葉緑体における光合成の光反応。 - 吸収と分泌。
受容体 (情報)	興奮の形成とその伝導に参加します。
モーター	セルまたはその個々の部分の移動を実行します。

膜は細胞小器官の表面と細胞全体を形成する超微細構造です。すべての膜は同様の構造を持ち、1 つのシステムに接続されています。

化学組成

細胞膜は化学的に均一で、さまざまなグループのタンパク質と脂質で構成されています。

リン脂質;
ガラクト脂質;
硫脂質。

核酸、多糖類、その他の物質も含まれています。

物理的特性

で常温膜は液晶状態にあり、常に振動しています。粘度は植物油に近いです。

膜は回復可能で耐久性があり、弾力性があり、多孔質です。膜厚は7～14nm。

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膜は大きな分子を透過しません。小分子とイオンは、膜の異なる側の濃度差の影響下で、また輸送タンパク質の助けを受けて、細孔と膜自体を通過できます。

モデル

通常、膜の構造は流体モザイクモデルを使用して記述されます。膜には、レンガのように互いにぴったりと隣接した 2 列の脂質分子という枠組みがあります。

米。 1. サンドイッチ型生体膜。

脂質の表面は両面ともタンパク質で覆われています。モザイク模様は、膜の表面に不均一に分布したタンパク質分子によって形成されます。

二脂質層への浸漬の程度に応じて、タンパク質分子は次のように分類されます。 3つのグループ:

膜貫通;
水没した。
表面的な。

タンパク質は、膜の主な特性、つまりさまざまな物質に対する選択的透過性を提供します。

膜の種類

すべての細胞膜は局在に従って次のように分類できます。 次のタイプ:

外部の;
核;
細胞小器官の膜。

細胞質外膜、または原形質膜は細胞の境界です。細胞骨格の要素と結合して、その形状とサイズを維持します。

米。 2. 細胞骨格。

核膜、またはカリオレンマは、核内容物の境界です。それは外側の膜と非常によく似た 2 つの膜で構成されています。核の外膜は小胞体 (ER) の膜に接続され、細孔を介して内膜に接続されます。

小胞体膜は細胞質全体に浸透し、膜タンパク質を含むさまざまな物質の合成が行われる表面を形成します。

オルガネラ膜

ほとんどの細胞小器官は膜構造を持っています。

壁は 1 枚の膜から構築されています。

ゴルジ複合体;
液胞。
リソソーム

色素体とミトコンドリアは 2 層の膜から構築されます。外側の膜は滑らかで、内側の膜は多くのひだを形成しています。

葉緑体の光合成膜の特徴は、クロロフィル分子が組み込まれていることです。

動物細胞の外膜の表面には、糖衣と呼ばれる炭水化物の層があります。

米。 3. グリコカリックス。

糖衣は腸上皮の細胞で最も発達し、そこで消化のための条件を作り出し、形質膜を保護します。

表「細胞膜の構造」

私たちは何を学んだのでしょうか？

細胞膜の構造と機能を調べました。膜は、細胞、核、細胞小器官の選択的（選択的）障壁です。細胞膜の構造は流体モザイクモデルによって記述されます。このモデルによれば、タンパク質分子は粘性脂質の二重層に組み込まれます。

トピックに関するテスト

報告書の評価

平均評価: 4.5. 受け取った評価の合計: 264。

細胞膜の画像。小さな青と白のボールは脂質の親水性頭部に対応し、それらに付着した線は疎水性尾部に対応します。この図は、内在性膜タンパク質 (赤色の小球と黄色のヘリックス) のみを示しています。膜の内側の黄色の楕円形の点 - コレステロール分子膜の外側の黄緑色のビーズの鎖 - 糖衣を形成するオリゴ糖の鎖

生体膜には、さまざまなタンパク質も含まれます。内在型（膜を貫通する）、半一体型（一端が外側または内側の脂質層に浸る）、表面（外側または脂質層に隣接して位置する）内側の側面膜）。一部のタンパク質は、細胞内部の細胞膜と細胞骨格、および細胞外部の細胞壁（存在する場合）との間の接触点です。内在性タンパク質の一部は、イオンチャネル、さまざまなトランスポーターおよび受容体として機能します。

生体膜の機能

バリア - 調節された、選択的、受動的および能動的な代謝を保証します。環境。たとえば、ペルオキシソーム膜は、細胞にとって危険な過酸化物から細胞質を保護します。選択的透過性とは、さまざまな原子または分子に対する膜の透過性が、そのサイズ、電荷、および分子に依存することを意味します。化学的特性。選択的透過性により、細胞および細胞コンパートメントが環境から確実に分離され、必要な物質が供給されます。

輸送 - 細胞の内外への物質の輸送は膜を通して起こります。膜を通した輸送により以下が保証されます: 栄養素、代謝最終産物の除去、さまざまな物質の分泌、イオン勾配の作成、細胞内の適切なpHとイオン濃度の維持、これらは細胞酵素の機能に必要です。

何らかの理由でリン脂質二重層を通過できない粒子（たとえば、内側の膜が疎水性で親水性物質の通過を許さないため、またはサイズが大きいため、親水性の性質のため）、粒子はリン脂質二重層を通過するのに必要である。細胞は、特別なキャリアタンパク質（トランスポーター）およびチャネルタンパク質を介して、またはエンドサイトーシスによって膜を通過できます。

受動輸送中、物質はエネルギーを消費せずに拡散により脂質二重層を通過します。このメカニズムの変形として、特定の分子が物質の膜通過を助ける促進拡散があります。この分子には、1 種類の物質のみが通過できるチャネルがある可能性があります。

能動輸送は濃度勾配に逆らって起こるためエネルギーを必要とします。膜上には ATPase などの特別なポンプタンパク質があり、ATPase はカリウムイオン (K+) を細胞内に積極的に送り込み、ナトリウムイオン (Na+) を細胞から送り出します。

マトリックス - 膜タンパク質の特定の相対的な位置と配向、それらの最適な相互作用を保証します。

機械的 - 細胞の自律性、その細胞内構造、および（組織内の）他の細胞との接続を確保します。細胞壁は機械的機能を確保する上で重要な役割を果たし、動物では細胞間物質としても重要です。

エネルギー - 葉緑体での光合成とミトコンドリアでの細胞呼吸中に、エネルギー伝達システムがその膜で機能し、タンパク質もそれに関与します。

受容体 - 膜にある一部のタンパク質は受容体（細胞が特定の信号を認識する助けとなる分子）です。

たとえば、血液中を循環するホルモンは、これらのホルモンに対応する受容体を持つ標的細胞にのみ作用します。神経伝達物質 ( 化学物質、神経インパルスの伝導を確保する）は、標的細胞の特別な受容体タンパク質にも結合します。

酵素 - 膜タンパク質は多くの場合酵素です。たとえば、腸上皮細胞の細胞膜には消化酵素が含まれています。

生体電位の生成と伝導の実装。

膜の助けにより、細胞内のイオン濃度は一定に維持されます。細胞内の K+ イオンの濃度は外側よりもはるかに高く、Na+ の濃度ははるかに低くなります。これは非常に重要です。膜上の電位差の維持と神経インパルスの生成。

細胞マーキング - 膜上にはマーカーとして機能する抗原があり、細胞の識別を可能にする「標識」です。これらは、「アンテナ」の役割を果たす糖タンパク質（つまり、分岐オリゴ糖の側鎖が結合したタンパク質）です。側鎖の構成は無数にあるため、各細胞タイプに固有のマーカーを作成することが可能です。マーカーの助けを借りて、細胞は他の細胞を認識し、臓器や組織の形成などにおいて他の細胞と協調して行動することができます。これにより、免疫系外来抗原を認識します。

生体膜の構造と組成

膜は、リン脂質、糖脂質、コレステロールの 3 種類の脂質で構成されています。リン脂質と糖脂質（炭水化物が結合した脂質）は、帯電した親水性頭部に接続された 2 つの長い疎水性炭化水素尾部で構成されています。コレステロールは、脂質の疎水性尾部の間の自由空間を占め、それらが曲がるのを防ぐことによって膜に剛性を与えます。したがって、コレステロール含有量が低い膜はより柔軟であり、コレステロール含有量が高い膜はより硬くて壊れやすい。コレステロールは、極性分子が細胞から細胞内に移動するのを防ぐ「ストッパー」としても機能します。膜の重要な部分は、膜に浸透して膜のさまざまな特性を担うタンパク質で構成されています。それらの組成と配向は膜によって異なります。

細胞膜は多くの場合非対称です。つまり、各層は脂質組成が異なり、個々の分子がある層から別の層へ移行します（いわゆる、 フリップフロップ）難しい。

膜細胞小器官

これらは細胞質の閉じた単一セクションまたは相互接続されたセクションであり、膜によって硝子質から分離されています。単膜細胞小器官には、小胞体、ゴルジ装置、リソソーム、液胞、ペルオキシソームが含まれます。核、ミトコンドリア、色素体の二重膜へ。細胞の外側は、いわゆる原形質膜によって囲まれています。さまざまな細胞小器官の膜の構造は、脂質と膜タンパク質の組成が異なります。

選択的透過性

細胞膜には選択的透過性があります。グルコース、アミノ酸、脂肪酸、グリセロール、イオンは細胞膜を通ってゆっくり拡散し、細胞膜自体がある程度このプロセスを積極的に制御します。通過する物質もあれば通過しない物質もあります。細胞内への物質の侵入、または細胞外への物質の除去には、拡散、浸透、能動輸送、およびエキソサイトーシスまたはエンドサイトーシスという 4 つの主なメカニズムがあります。最初の 2 つのプロセスは本質的に受動的です。つまり、エネルギーを必要としません。最後の 2 つは、エネルギー消費に関連するアクティブなプロセスです。

受動輸送中の膜の選択的透過性は、特別なチャネル、つまり内在性タンパク質によるものです。それらは膜を貫通し、一種の通路を形成します。元素 K、Na、Cl には独自のチャネルがあります。濃度勾配に応じて、これらの元素の分子は細胞の内外を移動します。炎症を起こすとナトリウムイオンチャネルが開き、細胞内へのナトリウムイオンの突然の流入が起こります。この場合、膜電位のアンバランスが発生します。その後、膜電位は回復します。カリウムチャネルは常に開いており、カリウムイオンがゆっくりと細胞に入ることができます。

リンク

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こちらも参照

ウラジミロフ・ユウ・A.、病理学的過程における生体膜の構成要素の損傷

ウィキメディア財団。 2010年。

私たちの地球上のすべての生き物が細胞、つまりこれら無数の「」有機物で構成されていることは周知の事実です。細胞は、細胞の生命にとって非常に重要な役割を果たす特別な保護殻である膜で囲まれており、細胞膜の機能は細胞を保護するだけではなく、非常に複雑なメカニズム、生殖、栄養、細胞の再生に関与します。

細胞膜とは

「膜」という言葉自体はラテン語から「膜」と訳されますが、膜は細胞を包む単なる膜ではなく、互いに接続され、さまざまなプロパティ。実際、細胞膜は 3 層のリポタンパク質 (脂肪タンパク質) 膜であり、各細胞を隣接する細胞や環境から分離し、細胞と環境の間で制御された交換を行っています。これが細胞膜の学術的な定義です。は。

膜はある細胞を別の細胞から分離するだけでなく、細胞と他の細胞および環境の両方との相互作用を保証するため、膜の重要性は非常に重要です。

細胞膜研究の歴史

細胞膜の研究に対する重要な貢献は、1925 年に二人のドイツ人科学者ゴルターとグレンデルによって行われました。そのとき、彼らは赤色の複雑な生物学的実験を行うことができました。血球– 赤血球。その際、科学者は赤血球の空の殻であるいわゆる「シャドウ」を入手し、これを 1 つに積み重ねて表面積を測定し、その中の脂質の量も計算しました。科学者たちは、得られた脂質の量に基づいて、脂質は細胞膜の二重層に正確に含まれているという結論に達しました。

1935 年、別の細胞膜研究者 2 人、今回はアメリカ人のダニエルとドーソンが、一連の長い実験を経て、細胞膜のタンパク質含有量を確立しました。なぜ膜がこれほど高いのかを説明するほかに方法はありませんでした。表面張力。科学者たちは、サンドイッチの形で細胞膜のモデルを巧みに提示しました。このモデルでは、パンの役割は均質な脂質タンパク質層によって果たされており、それらの間には油の代わりに空洞があります。

1950年、エレクトロニクスの出現により、ダニエルとドーソンの理論は実際の観察によって確認されました。細胞膜の顕微鏡写真では、脂質とタンパク質の頭の層、そしてそれらの間の空いた空間がはっきりと見えました。

1960 年、アメリカの生物学者 J. ロバートソンは、細胞膜の 3 層構造に関する理論を開発しました。長い間唯一の真実であると考えられていましたが、さらなる発展科学的には、その無謬性について疑問が生じ始めました。したがって、たとえば、細胞が「サンドイッチ」全体を通して必要な栄養素を輸送することは困難であり、多大な労力を要することになります。

そして 1972 年になって初めて、アメリカの生物学者 S. シンガーと G. ニコルソンは、細胞膜の新しい流体モザイクモデルを使用して、ロバートソンの理論の矛盾を説明することができました。特に、細胞膜はその組成において均一ではなく、さらに非対称であり、液体で満たされていることを発見した。さらに、細胞は常に運動しています。そして、細胞膜の一部である悪名高いタンパク質は、異なる構造と機能を持っています。

細胞膜の性質と機能

次に、細胞膜がどのような機能を果たしているかを見てみましょう。

細胞膜のバリア機能は、細胞の境界を守る真の境界警備としての膜であり、有害な分子や単に不適切な分子の通過を遅らせ、通過させません。

細胞膜の輸送機能 - 細胞膜は細胞門の国境警備隊であるだけでなく、一種の税関検査所でもあります。有用物質他の細胞や環境と。

マトリックス機能 - 相互の位置を決定し、相互作用を調節するのは細胞膜です。

機械的機能 - ある細胞を別の細胞から制限し、同時に細胞を互いに正しく接続して均質な組織を形成する責任があります。

細胞膜の保護機能は、細胞の保護シールドを構築するための基礎です。自然界では、この機能の例としては、堅い木材、緻密な皮、保護殻などがあります。これらはすべて、保護機能膜。

酵素機能は、細胞内の特定のタンパク質によって実行されるもう 1 つの重要な機能です。たとえば、この機能のおかげで、消化酵素の合成が腸上皮で起こります。

また、これらすべてに加えて、細胞交換は細胞膜を介して起こり、次の 3 つの異なる反応が起こります。

食作用は、膜に埋め込まれた食細胞がさまざまな栄養素を捕捉して消化する細胞交換です。
飲作用は、細胞膜と接触している液体分子を細胞膜が捕捉するプロセスです。これを行うために、膜の表面に特別な巻きひげが形成され、液体の一滴を取り囲むように見え、泡を形成し、その後膜に飲み込まれます。
エキソサイトーシスは、細胞が膜を通して分泌機能液を表面に放出するときの逆のプロセスです。

細胞膜の構造

細胞膜には 3 つのクラスの脂質があります。

リン脂質（脂肪とリンが結合したもの）、
糖脂質（脂肪と炭水化物の組み合わせ）、
コレステロール。

リン脂質と糖脂質は親水性頭部から構成され、その中に 2 つの長い疎水性尾部が伸びています。コレステロールはこれらの尾部の間の空間を占め、尾部が曲がるのを防ぎ、場合によっては特定の細胞の膜を非常に硬くします。これらすべてに加えて、コレステロール分子は細胞膜の構造を組織します。

しかし、それはともかく、細胞膜の構造の最も重要な部分はタンパク質、あるいはむしろ異なる役割を果たす異なるタンパク質です。重要な役割。膜に含まれるタンパク質の多様性にもかかわらず、それらを結び付けるものがあります。環状脂質はすべての膜タンパク質の周囲に位置しています。環状脂質は、タンパク質の一種の保護殻として機能する特殊な構造の脂肪であり、それがなければタンパク質は機能しません。

細胞膜の構造は 3 つの層で構成されています。細胞膜の基礎は均一な液体二重脂質層です。その両側をタンパク質がモザイクのように覆っています。タンパク質は、上記の機能に加えて、膜の液層を通過できない物質が膜を通過する独特のチャネルの役割も果たしています。これらには、例えば、カリウムイオンやナトリウムイオンが含まれますが、自然界は細胞膜に特別なイオンチャネルを備えています。言い換えれば、タンパク質は細胞膜の透過性を確保しているのです。

細胞膜を顕微鏡で見ると、小さな球状分子でできた脂質の層があり、その上をタンパク質がまるで海の上を泳いでいるのが見えます。これで、細胞膜を構成する物質が何であるかがわかりました。

細胞膜ビデオ

最後に、細胞膜についての教育ビデオです。