動物細胞膜の構造。細胞膜の構造と機能

自然は多くの生物や細胞を創造してきましたが、それにもかかわらず、生体膜の構造と機能のほとんどは同じであるため、特定の種類の細胞に縛られることなく、それらの構造を調べ、その重要な特性を研究することが可能になります。

膜とは何ですか?

膜は、あらゆる生物の細胞に不可欠な部分である保護要素です。

地球上のすべての生物の構造的および機能的単位は細胞です。その生命活動は、エネルギー、情報、物質を交換する環境と密接に関係しています。したがって、細胞の機能に必要な栄養エネルギーは外部から来て、そのさまざまな機能に費やされます。

生物の最も単純な構造単位の構造：細胞小器官膜、さまざまな封入体。それは膜で囲まれており、その中に核とすべての細胞小器官が位置しています。これらは、ミトコンドリア、リソソーム、リボソーム、小胞体です。各構造要素には独自の膜があります。

細胞活動における役割

生体膜は、基本的な生命システムの構造と機能において極めて重要な役割を果たしています。保護殻に囲まれた細胞だけが正当に生物と呼ばれることができます。膜の存在によって代謝などの過程も行われます。構造的完全性が破壊されると、身体全体の機能状態に変化が生じます。

細胞膜とその機能

細胞の細胞質を外部環境または膜から分離します。細胞膜は、特定の機能の適切な実行、細胞間接触および免疫発現の特異性を保証し、電位の膜貫通差を維持します。これには、ホルモン、メディエーター、その他の生物学的活性成分などの化学信号を知覚できる受容体が含まれています。これらの受容体は、細胞の代謝活性を変化させるという別の能力を細胞に与えます。

膜の機能:

1. 物質の積極的な移動。

2. 物質の受動的な移動:

2.1. 拡散は簡単です。

2.2. 毛穴を通して移動します。

2.3. 輸送は、担体が膜物質とともに拡散したり、担体の分子鎖に沿って物質を中継したりすることによって行われる。

3. 単純かつ促進された拡散による非電解質の移動。

細胞膜の構造

細胞膜の構成成分は脂質とタンパク質です。

脂質：リン脂質、ホスファチジルエタノールアミン、スフィンゴミエリン、ホスファチジルイノシトールおよびホスファチジルセリン、糖脂質。脂質の割合は40〜90％です。

タンパク質: 末梢タンパク質、内在タンパク質 (糖タンパク質)、スペクトリン、アクチン、細胞骨格。

主な構造要素はリン脂質分子の二重層です。

屋根膜: 定義と類型論

いくつかの統計。領土内でロシア連邦膜は屋根材として長い間使用されていませんでした。膜屋根の比重総数軟質屋根スラブはわずか 1.5% にすぎません。ロシアではアスファルト屋根とマスチック屋根がさらに普及しています。しかし、西ヨーロッパでは、膜屋根のシェアは 87% です。その違いは顕著です。

一般に、屋根を覆う際の主材料としての膜は陸屋根に最適です。傾斜が大きい方にはあまり適しません。

国内市場における膜屋根材の生産量と販売量は増加傾向にあります。なぜ？理由は明らかです。

耐用年数は約60年です。想像してみてください、メーカーが定めた使用保証期間だけが20年に達します。
取り付けが簡単です。比較として、アスファルト屋根の設置には膜屋根の設置より 1.5 倍の時間がかかります。
メンテナンスや修理作業が容易になります。

屋根膜の厚さは 0.8 ～ 2 mm です。平均 1平方メートルの重さは1.3kgです。

屋根材の膜の特性:

弾性;
強さ;
紫外線やその他の攻撃的な環境に対する耐性。
耐霜性。
耐火性。

屋根材には3種類あります。主な分類特徴は、キャンバスのベースを構成するポリマー材料の種類です。したがって、屋根材の膜は次のとおりです。

EPDMグループに属し、エチレン・プロピレン・ジエンモノマーの重合をベースに作られており、簡単に言うと、高強度、弾性、耐水性、環境に優しい、低コストという利点があります。欠点：特殊なテープを使用してシートを接合する接着技術、低性能つながりの強さ。適用範囲：トンネル床、水源、廃棄物貯蔵施設、人工および天然貯水池などの防水材として使用されます。
PVC 膜。ポリ塩化ビニルを主材料として製造されたシェルです。利点: 耐紫外線性、耐火性、膜生地の幅広い色のバリエーション。欠点: アスファルト材料、油、溶剤に対する耐性が低い。有害物質を大気中に放出します。キャンバスの色は時間の経過とともに褪色します。
TPO。熱可塑性オレフィンから作られています。強化されていても、強化されていない場合もあります。前者にはポリエステルメッシュまたはグラスファイバー生地が装備されています。利点：環境に優しい、耐久性、高弾性、耐熱性（高温および低温の両方）、生地の縫い目の溶接接合。欠点：高価格帯、国内市場にメーカーが少ない。

プロファイルされた膜: 特性、機能、利点

異形膜は建設市場における革新です。この膜は防水材として使用されます。

製造に使用される物質はポリエチレンです。後者には、高密度ポリエチレン (HDPE) と低密度ポリエチレン (LDPE) の 2 種類があります。

技術仕様 LDPE および HDPE メンブレン

索引
引張強さ(MPa)
引張伸び(%)
密度 (kg/立方メートル)
圧縮強度(MPa)
衝撃強さ（ノッチ付き）（KJ/平方メートル）
曲げ弾性率(MPa)
硬度（MRa）
動作温度 (˚С)	-60から+80まで	-60から+80まで
日吸水率(%)

高圧ポリエチレン製のプロファイルされた膜は、特殊な表面、つまり中空のピンプルを備えています。これらの地層の高さは 7 ～ 20 mm まで変化します。膜の内面は滑らかです。これにより、建築材料を問題なく曲げることができます。

同じ突起の存在により圧力がその領域全体に均一に分散されるため、膜の個々のセクションの形状を変更することは除外されます。ジオメンブレンは通気断熱材として使用できます。この場合、建物内での自由な熱交換が確保されます。

プロファイルされたメンブレンの利点:

強度の増加。
耐熱性。
化学的および生物学的影響に対する耐性。
長い耐用年数（50年以上）。
設置とメンテナンスが簡単。
お手頃な価格。

プロファイルされたメンブレンには 3 つのタイプがあります。

単層生地を使用。
二層生地 = ジオテキスタイル + 排水膜付き。
三層生地 = 滑りやすい表面 + ジオテキスタイル + 排水膜。

単層プロファイル膜は、高湿度のコンクリート壁の主要な防水、設置および解体を保護するために使用されます。施工時は2層保護層を採用し、凍上しやすい土壌や深層土壌に使用します。

排水膜の使用領域

プロファイルされた膜は、次の分野で応用されています。

基礎の基礎防水を行います。地下水、植物の根系、土壌の沈下、機械的損傷などの有害な影響から確実に保護します。
基礎壁排水。地下水と大気中の降水物を排水システムに輸送することで、それらの影響を中和します。
横型 - 構造上の特徴により変形を防ぎます。
コンクリートの準備に似ています。これは、地下水の低い地域での建物の建設工事の場合、毛細管湿気から保護するために水平防水が使用される場合に使用されます。また、プロファイルされた膜の機能には、セメントレイタンスの地面への通過を防ぐことも含まれます。
壁面の換気より高いレベル湿気。内部にも外部にも取り付け可能外敷地内。前者の場合、空気循環が活性化され、後者の場合、最適な湿度と温度が確保されます。
反転屋根を採用。

超拡散膜

超拡散膜は新世代の材料であり、その主な目的は屋根構造要素を風、降水、蒸気から保護することです。

生産保護材高品質の高密度繊維の不織布の使用に基づいています。国内市場では三層膜と四層膜が人気です。専門家や消費者からのレビューによると、構造の基礎となる層が多いほど、その保護機能が強化され、したがって部屋全体のエネルギー効率が高くなることが確認されています。

屋根の種類、その設計上の特徴、気候条件に応じて、メーカーは 1 つまたは別の種類の拡散膜を優先することを推奨しています。したがって、これらは、複雑で単純な構造の傾斜屋根、最小限の勾配の傾斜屋根、継ぎ目をカバーする屋根などに存在します。

超拡散膜は断熱層であるボード床材の上に直接敷かれています。通気用の隙間は必要ありません。材料は特殊なステープルまたはスチール釘で固定されます。拡散シートの端部が接合されており、強風時などの過酷な条件下でも作業が可能です。

さらに、問題のコーティングは一時的な屋根カバーとしても使用できます。

PVC 膜: 本質と目的

PFC膜はポリ塩化ビニル製の屋根材であり、弾性特性を持っています。このような最新の屋根材は、体系的なメンテナンスと修理の必要性という重大な欠点があるアスファルトロールの類似物に完全に取って代わりました。現在では、PVC 膜の特性により、古い陸屋根の補修作業に PVC 膜を使用することが可能になりました。新しい屋根を設置するときにも使用されます。

この材料で作られた屋根は使いやすく、一年中いつでも、どんな気象条件でも、あらゆる種類の表面に設置できます。 PVC 膜には次の特性があります。

強さ;
紫外線、さまざまな種類の降水、点荷重および面荷重にさらされたときの安定性。

それは彼らのおかげですユニークな特性 PVC メンブレンは長年にわたって忠実に使用されます。このような屋根の寿命は建物自体の寿命と同じですが、ロール屋根材は定期的な修理が必要で、場合によっては完全に解体して新しい床を設置する必要があります。

PVC膜シートは、摂氏400〜600度の範囲の温度で熱溶接によって互いに接続されます。この接続は完全に密閉されています。

PVCメンブレンの利点

それらの利点は明らかです。

建設プロジェクトに最適な屋根システムの柔軟性。
メンブレンシート間の耐久性があり気密な接続継ぎ目。
気候変動、気象条件、温度、湿度に対する理想的な耐性。
蒸気透過性が向上し、屋根下のスペースに蓄積された湿気の蒸発が促進されます。
多くの色のオプション。
火の性質。
元の特性と外観を長期間維持する能力。
PVC 膜は完全に環境に優しい素材であり、関連する証明書によって証明されています。
設置プロセスは機械化されているため、それほど時間はかかりません。
運用規則により、PVC 膜屋根自体の上にさまざまな建築上の追加物を直接設置することができます。
単層インストールでは費用を節約できます。
メンテナンスと修理が簡単。

メンブレンファブリック

メンブレンファブリックは繊維業界では古くから知られています。大人も子供も靴や衣類がこの素材で作られています。メンブレンはメンブレンファブリックの基礎となるもので、薄いポリマーフィルムの形で表現され、防水性や透湿性などの特性を備えています。この材料を製造するには、このフィルムを外側と内側の保護層でコーティングします。それらの構造は膜自体によって決定されます。これは、損傷が発生した場合でも、すべての有益な特性を維持するために行われます。言い換えれば、メンブレン衣類は雪や雨などの降水にさらされても濡れませんが、同時に体からの蒸気を外部環境に完全に通過させます。このスループットにより、皮膚が呼吸できるようになります。

上記をすべて考慮すると、理想的な冬服はそのような生地で作られていると結論付けることができます。生地の基部にある膜は次のとおりです。

毛穴あり。
毛穴なし。
組み合わせた。

膜には多数の微細孔があり、テフロンが含まれています。この細孔の大きさは水滴にも及びませんが、水分子よりも大きく、耐水性と汗を除去する能力を示します。

細孔のない膜は通常、ポリウレタンで作られています。それらの内層は、人体のすべての汗と脂肪分泌物を集中させ、それらを押し出します。

結合された膜の構造は、多孔質層と滑らかな層の 2 つの層の存在を意味します。この生地は高品質の特性を備えており、長年にわたってお使いいただけます。

これらの利点のおかげで、メンブレン生地で作られた冬季の着用を目的とした衣服や靴は、耐久性がありながら軽量で、霜、湿気、ほこりから優れた保護を提供します。彼らは多くの人にとって単にかけがえのないものです活性種冬休み、登山。

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、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います。重要な役割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。

細胞膜とは何ですか

「膜」という言葉自体はラテン語から「フィルム」と訳されますが、膜は単に細胞を包む一種のフィルムではなく、互いに接続され、異なる特性を持つ2つのフィルムの組み合わせです。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から分離し、環境、細胞と環境の間で制御された交換を行う、これが細胞膜とは何かという学術的な定義です。

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、彼らは赤血球、つまり赤血球に関する複雑な生物学的実験を行うことができました。その際、科学者たちはいわゆる「影」、つまり赤血球の空の殻を入手し、それを1つの積み重ねにして表面積を測定しました。それらに含まれる脂質の量を計算しました。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他の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、パンの役割は均一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、これが唯一の真実であると考えられていましたが、科学のさらなる発展に伴い、その絶対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線としての膜であり、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も。

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すると同時に、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、保護殻などが挙げられますが、これらはすべて膜の保護機能によるものです。

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、またはむしろ異なる重要な役割を果たすさまざまなタンパク質です。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、小さな球状分子で形成された脂質の層があり、その上をタンパク質がまるで海の上を泳いでいるのがわかります。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。

この記事では、細胞膜の構造と機能の特徴について説明します。プラズマレンマ、プラズマレンマ、生体膜、細胞膜、外細胞膜、細胞膜とも呼ばれます。提示されるすべての初期データは、プロセスの流れを明確に理解するために必要です。神経質な興奮および阻害、シナプスと受容体の動作原理。

プラズマレンマは、細胞を外部環境から分離する 3 層のリポタンパク質膜です。また、細胞と外部環境の間で制御された交換も実行します。

生体膜は、リン脂質、タンパク質、多糖類からなる極薄の二分子膜です。その主な機能は、バリア、機械的およびマトリックスです。

細胞膜の基本的な性質:

- 膜透過性

- 膜半透性

- 選択的膜透過性

- 活性膜透過性

- 制御された透過性

- 膜の食作用と飲作用

- 細胞膜上のエキソサイトーシス

- 細胞膜上の電位および化学ポテンシャルの存在

- 膜電位の変化

- 膜過敏症。それは、シグナル伝達物質と接触する膜上の特定の受容体の存在によるものです。この結果、膜自体と細胞全体の状態が変化することがよくあります。ラガンド（制御物質）と結合した後、膜上にある分子受容体が生化学プロセスを引き起こします。

- 細胞膜の触媒酵素活性。酵素は細胞膜の外側と細胞の内側の両方で働きます。

細胞膜の基本的な機能

細胞膜の働きの主なものは、細胞と細胞間物質の間の交換を実行および制御することです。これは膜の透過性により可能になります。膜透過性の調節は、細胞膜の透過性を調節できることによって行われます。

細胞膜の構造

細胞膜三層。中心層である脂肪層は、細胞を直接絶縁する役割を果たします。水溶性物質は通さず、脂溶性物質のみを通過させます。

残りの層、下層と上層は、脂肪層上に島の形で点在するタンパク質構造であり、これらの島の間には、細胞自体と細胞の両方に水溶性物質を輸送するために特に機能する隠れた輸送体とイオン細管があります。その限界を超えて。

より詳細には、膜の脂肪層はリン脂質とスフィンゴ脂質で構成されています。

膜イオンチャネルの重要性

脂溶性物質のみが脂質膜を通過するため、ガス、脂肪、アルコールであり、細胞はイオンを含む水溶性物質を常に導入および除去する必要があります。膜の他の 2 つの層によって形成される輸送タンパク質構造は、これらの目的のために機能します。

このようなタンパク質の構造は、膜に穴を形成するチャネル形成タンパク質と、酵素の助けを借りて自身に付着して必要な物質を運ぶトランスポータータンパク質の2種類のタンパク質で構成されています。

自分自身を健康で効果的にしましょう！

生体膜- 細胞（細胞膜または原形質膜）および細胞内小器官（ミトコンドリア、核、リソソーム、小胞体の膜など）を結合する機能的に活性な表面構造の一般名。これらには、脂質、タンパク質、異種分子（糖タンパク質、糖脂質）が含まれており、実行される機能に応じて、補酵素、核酸、抗酸化物質、カロテノイド、無機イオンなどの多数の微量成分が含まれています。

膜システムの調整された機能 - 受容体、酵素、輸送メカニズム- 細胞の恒常性を維持するのに役立ち、同時に外部環境の変化に素早く対応します。

に 生体膜の基本的な機能 原因として考えられるのは:

・細胞を環境から分離し、細胞内区画（コンパートメント）を形成する。

· 膜を通した多種多様な物質の輸送の制御と調節。

· 細胞間相互作用の確保、細胞へのシグナル伝達への参加。

食物のエネルギー変換有機物 ATP分子の化学結合のエネルギーに変換されます。

原形質 (細胞) 膜の分子構成はすべての細胞でほぼ同じです。膜は 2 つの脂質分子の層で構成されており、その中に多くの特定のタンパク質が含まれています。一部の膜タンパク質は酵素活性を持っていますが、他の膜タンパク質は環境からの栄養素と結合し、膜を通って細胞内に輸送します。膜タンパク質は、膜構造との結合の性質によって区別されます。と呼ばれるいくつかのタンパク質 外部または周辺機器 、膜の表面に緩く結合しているもの、その他のものと呼ばれるもの 内部または一体型 、膜の内側に浸されます。周辺タンパク質は簡単に抽出できますが、内在タンパク質は洗剤または有機溶媒を使用しないと単離できません。図では、図 4 は細胞膜の構造を示しています。

多くの細胞の外膜、つまり原形質膜、および細胞内小器官、たとえばミトコンドリア、葉緑体の膜が遊離の形で単離され、それらの分子組成が研究されました。すべての膜には、膜の種類に応じて質量の 20 ～ 80% の範囲の量の極性脂質が含まれており、残りは主にタンパク質です。したがって、動物細胞の原形質膜では、通常、タンパク質と脂質の量はほぼ同じです。ミトコンドリア内膜には約 80% のタンパク質が含まれ、わずか 20% の脂質が含まれていますが、逆に、脳細胞のミエリン膜には約 80% の脂質が含まれ、わずか 20% のタンパク質が含まれています。

米。 4. 細胞膜の構造

膜の脂質部分は、さまざまな種類の極性脂質の混合物です。リン酸グリセロ脂質、スフィンゴ脂質、糖脂質などの極性脂質は脂肪細胞には保存されませんが、厳密に定義された割合で細胞膜に組み込まれます。

膜内のすべての極性脂質は代謝プロセス中に常に更新され、通常の条件下では、脂質合成速度がその減衰速度と等しい動的定常状態が細胞内に確立されます。

動物細胞の膜には主にリン酸グリセロ脂質が含まれており、程度は低いですがスフィンゴ脂質が含まれています。トリアシルグリセロールは微量しか存在しません。動物細胞の一部の膜、特に外側の細胞膜には、大量のコレステロールとそのエステルが含まれています（図5）。

図5。膜脂質

現在、一般に受け入れられている膜構造のモデルは、1972 年に S. Singer と J. Nicholson によって提案された流体モザイクモデルです。

それによると、タンパク質は脂質の海に浮かぶ氷山にたとえられます。上で述べたように、膜タンパク質には内在性タンパク質と周辺性タンパク質の 2 種類があります。内在性タンパク質は膜を貫通します。 両親媒性分子。周辺タンパク質は膜を透過せず、膜への結合が弱くなります。膜の主要な連続部分、つまりそのマトリックスは極性脂質二重層です。通常の細胞温度では、マトリックスは液体状態にありますが、これは極性脂質の疎水性尾部にある飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸の間の一定の比率によって確保されています。

液体モザイクモデルは、膜に位置する内在性タンパク質の表面にアミノ酸残基の R グループ (主に疎水性基。そのため、タンパク質は二重層の中央の疎水性部分に「溶解」しているように見える) があると仮定しています。）。同時に、末梢または外部タンパク質の表面には、主に親水性の R 基が存在し、静電気力によって脂質の親水性の荷電極性に引き寄せられます。酵素や輸送タンパク質を含む内在性タンパク質は、二重層の疎水性部分の内側に位置する場合にのみ活性を持ち、そこで活性の発現に必要な空間配置を獲得します（図6）。共有結合は二重層内の分子間、または二重層のタンパク質と脂質の間に形成されないことをもう一度強調する必要があります。

図6. 膜タンパク質

膜タンパク質は側面内を自由に移動できます。周辺タンパク質は文字通り二重層「海」の表面に浮かんでいますが、氷山のような内在タンパク質は炭化水素層にほぼ完全に浸っています。

ほとんどの場合、膜は非対称、つまり不均等な側面を持っています。この非対称性は次のように表れます。

・第一に、細菌細胞と動物細胞の細胞膜の内側と外側では、極性脂質の組成が異なるということ。たとえば、ヒトの赤血球膜の内側の脂質層には主にホスファチジルエタノールアミンとホスファチジルセリンが含まれ、外層にはホスファチジルコリンとスフィンゴミエリンが含まれています。

第二に、膜内の一部の輸送システムは一方向にのみ作用します。たとえば、赤血球の膜には輸送システム(「ポンプ」)、ATP 加水分解中に放出されるエネルギーにより、Na + イオンを細胞から環境に送り込み、K + イオンを細胞に送り込みます。

第三に、細胞膜の外表面には非常に多くの成分が含まれています。大きな数糖タンパク質の糖脂質頭部とオリゴ糖側鎖であるオリゴ糖グループは、細胞膜の内面には事実上オリゴ糖グループがありません。

生体膜の非対称性は、個々のリン脂質分子を脂質二重層の一方の側からもう一方の側へ移動させることがエネルギー上の理由から非常に困難であるという事実により維持されます。極性脂質分子は二重層の側で自由に移動できますが、反対側にジャンプする能力には制限があります。

脂質の移動度は、存在する不飽和脂肪酸の相対的な含有量と種類によって異なります。脂肪酸鎖の炭化水素の性質により、膜に流動性と可動性という特性が与えられます。シス型不飽和脂肪酸が存在すると、鎖間の凝集力が飽和脂肪酸単独の場合よりも弱くなり、脂質は低温でも高い可動性を保ちます。

膜の外側には特定の認識領域があり、その機能は特定の分子シグナルを認識することです。たとえば、一部の細菌は膜を通して栄養素の濃度のわずかな変化を認識し、食物源への移動を刺激します。この現象はと呼ばれます 走化性.

膜さまざまな細胞そして細胞内小器官はその構造により特定の特異性を持ち、化学組成そして機能。真核生物の膜は次の主要なグループに分類されます。

細胞膜（細胞外膜、プラズマレンマ）、

・核膜、

小胞体、

ゴルジ体の膜、ミトコンドリア、葉緑体、ミエリン鞘、

興奮可能な膜。

原核生物では、細胞膜に加えて、従属栄養性原核生物と呼ばれる細胞質内膜形成が存在します。 メソソーム。後者は外側の細胞膜の陥入によって形成され、場合によっては細胞膜との接触を維持します。

赤血球膜タンパク質（50％）、脂質（40％）、炭水化物（10％）で構成されています。炭水化物の大部分 (93%) はタンパク質と関連しており、残りは脂質と関連しています。膜では、ミセルの対称配置とは対照的に、脂質は非対称に配置されています。たとえば、セファリンは主に内部脂質層に存在します。この非対称性は、膜タンパク質の助けと代謝エネルギーによって行われる膜内のリン脂質の横方向の移動によって維持されているようです。赤血球膜の内層には主にスフィンゴミエリン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリンが含まれ、外層にはホスファチジルコリンが含まれています。赤血球膜には必須の糖タンパク質が含まれています グリコホリン 131 個のアミノ酸残基からなり膜を透過するタンパク質、および 900 アミノ酸残基からなるいわゆるバンド 3 タンパク質です。グリコホリンの炭水化物成分は、インフルエンザウイルス、フィトヘマグルチニン、および多くのホルモンの受容体機能を果たします。炭水化物をほとんど含まず、膜を透過する別の必須タンパク質が赤血球膜で見つかりました。彼はこう呼ばれています トンネルタンパク質(成分 a) は、陰イオンのチャネルを形成すると考えられているためです。末梢タンパク質に関連する内部赤血球膜は スペクトリン。

ミエリン膜 神経細胞の軸索を取り囲む構造は多層であり、多量の脂質（約80％、その半分はリン脂質）を含んでいます。これらの膜のタンパク質は、上にある膜の塩を固定するために重要です。

葉緑体膜。葉緑体は二層の膜で覆われています。外膜はミトコンドリアの膜といくつかの類似点があります。この表面膜に加えて、葉緑体には内部膜システムがあります。 ラメラ。ラメラは、平らな小胞であるチラコイドを形成し、上下に配置されてパック（グラナ）に集められるか、間質膜系（間質ラメラ）を形成します。チラコイド膜の外側にあるグラナとストロマのラメラは、濃縮された親水基、ガラクト脂質およびスルホリピドです。クロロフィル分子のフィトール部分は小球に浸されており、タンパク質や脂質の疎水性基と接触しています。クロロフィルのポルフィリン核は、主にグラナチラコイドの接触膜間に局在しています。

細菌の内（細胞質）膜その構造は葉緑体やミトコンドリアの内膜に似ています。呼吸鎖の酵素と能動輸送はそこに局在しています。膜成分の形成に関与する酵素。細菌膜の主成分はタンパク質であり、タンパク質/脂質比（重量比）は 3:1 です。グラム陰性菌の外膜には、細胞質膜に比べて、少量のさまざまなリン脂質やタンパク質が含まれています。両方の膜は脂質組成が異なります。外膜には、多くの低分子物質が侵入するための細孔を形成するタンパク質が含まれています。外膜の特徴的な成分も特定のリポ多糖です。多くの外膜タンパク質がファージの受容体として機能します。

ウイルス膜。ウイルスの中でも、タンパク質と核酸からなるヌクレオカプシドを含むウイルスの膜構造は特徴的です。ウイルスのこの「核」は膜（エンベロープ）で囲まれています。また、主に膜の表面に位置する糖タンパク質が埋め込まれた脂質二重層からも構成されています。多くのウイルス (マイクロウイルス) では、全タンパク質の 70 ～ 80% が膜に含まれており、残りのタンパク質はヌクレオカプシドに含まれています。

このように、細胞膜は非常に複雑な構造; それらを構成する分子複合体は規則正しい二次元モザイクを形成し、膜表面に生物学的特異性を与えます。

細胞- 組織と器官の自己調節構造的および機能的単位。器官と組織の構造に関する細胞理論は、1839 年にシュライデンとシュワンによって開発されました。その後、電子顕微鏡と超遠心分離の助けを借りて、動物と組織のすべての主要な細胞小器官の構造を明らかにすることができました。植物細胞(図1)。

米。 1. 動物細胞の構造の模式図

細胞の主要部分は細胞質と核です。各細胞は非常に薄い膜で囲まれており、その内容物が制限されています。

細胞膜はと呼ばれます 原形質膜選択透過性が特徴です。この特性により、必要な栄養素と化学元素が細胞に浸透し、過剰な生成物が細胞から排出されます。原形質膜は、特定のタンパク質を含む脂質分子の 2 層で構成されています。主要な膜脂質はリン脂質です。これらには、リン、長鎖脂肪酸の極性頭部と 2 つの非極性尾部が含まれています。膜脂質には、コレステロールとコレステリルエステルが含まれます。液体モザイク構造モデルによれば、膜には二重層に対して混合できるタンパク質分子と脂質分子が含まれています。膜の種類ごとに、動物細胞比較的一定した脂質組成が特徴です。

膜タンパク質は、その構造に応じて、内在性タンパク質と周辺タンパク質の 2 つのタイプに分類されます。膜を破壊することなく、周辺タンパク質を膜から除去できます。膜タンパク質には、輸送タンパク質、酵素、受容体、構造タンパク質の 4 種類があります。一部の膜タンパク質は酵素活性を持ち、他の膜タンパク質は特定の物質に結合して細胞への輸送を促進します。タンパク質は、膜を通過する物質の移動のためのいくつかの経路を提供します。タンパク質は、水分子とイオンが細胞間を移動できるようにするいくつかのタンパク質サブユニットからなる大きな細孔を形成します。特定の条件下で膜を横切る特定の種類のイオンの移動に特化したイオンチャネルを形成します。構造タンパク質は内部脂質層と結合し、細胞の細胞骨格を形成します。細胞骨格は細胞膜に機械的強度を与えます。さまざまな膜では、タンパク質が質量の 20 ～ 80% を占めます。膜タンパク質は側面内を自由に移動できます。

膜には、脂質またはタンパク質と共有結合できる炭水化物も含まれています。膜炭水化物には、糖脂質 (ガングリオシド)、糖タンパク質、プロテオグリカンの 3 種類があります。ほとんどの膜脂質は液体状態にあり、ある程度の流動性を持っています。ある領域から別の領域に移動する能力。膜の外側には、さまざまなホルモンに結合する受容体部位があります。膜の他の特定の領域は、これらの細胞にとって異物である特定のタンパク質やさまざまな生物学的に活性な化合物を認識して結合することができません。

細胞の内部空間は細胞質で満たされており、細胞代謝のほとんどの酵素触媒反応はそこで行われます。細胞質は 2 つの層で構成されています。内部の層は小胞体と呼ばれ、周囲の層は粘性が高く、顆粒がありません。細胞質には、細胞または細胞小器官のすべての構成要素が含まれています。最も重要な細胞小器官は、小胞体、リボソーム、ミトコンドリア、ゴルジ装置、リソソーム、マイクロフィラメントおよび微小管、ペルオキシソームです。

小胞体細胞質全体を貫通する相互接続されたチャネルと空洞のシステムです。環境および細胞内からの物質の輸送を確実にします。小胞体は細胞内 Ca 2+ イオンの貯蔵所としても機能し、細胞内の脂質合成の主要な部位としても機能します。

リボソーム -直径10～25nmの微細な球状粒子。リボソームは細胞質内に自由に位置するか、細胞質に付着します。外面小胞体の膜と核膜。それらはメッセンジャーと相互作用して RNA を輸送し、タンパク質合成がそれらの中で起こります。タンパク質を合成し、槽またはゴルジ装置に入り、外部に放出されます。細胞質内に自由に位置するリボソームは、細胞自体が使用するタンパク質を合成し、小胞体に結合したリボソームは細胞から排出されるタンパク質を生成します。リボソームは、キャリアタンパク質、酵素、受容体、細胞骨格タンパク質など、さまざまな機能タンパク質を合成します。

ゴルジ体尿細管、槽、小胞の系によって形成されます。それは小胞体と関連しており、生物学的にここに到達するもの活性物質圧縮された形で分泌小胞に保存されます。後者は常にゴルジ体から分離され、細胞膜に輸送されて結合し、小胞に含まれる物質はエキソサイトーシスのプロセスを通じて細胞から除去されます。

リソソーム - 0.25～0.8ミクロンの膜に囲まれた粒子。これらには、タンパク質、多糖類、脂肪、核酸、細菌、細胞の分解に関与する多数の酵素が含まれています。

ペルオキシソーム滑らかな小胞体から形成され、リソソームに似ており、過酸化水素の分解を触媒する酵素が含まれており、過酸化水素はペルオキシダーゼとカタラーゼの影響下で分解されます。

ミトコンドリア外膜と内膜が含まれており、細胞の「エネルギーステーション」です。ミトコンドリアは、二重膜を持つ円形または細長い構造です。内膜はミトコンドリア - クリステ内に突き出たひだを形成します。それらではATP合成が起こり、クレブス回路基質の酸化や多くの生化学反応が起こります。ミトコンドリアで生成されたATP分子は細胞のあらゆる部分に拡散します。ミトコンドリアに含まれる少量の DNA、RNA、リボソーム、そしてそれらの関与により、新しいミトコンドリアの再生と合成が起こります。

マイクロフィラメントそれらはミオシンとアクチンからなる細いタンパク質フィラメントであり、細胞の収縮装置を形成します。マイクロフィラメントは、細胞膜のひだや突起の形成、細胞内のさまざまな構造の運動に関与しています。

微小管細胞骨格の基礎を形成し、その強度を提供します。細胞骨格は細胞に特徴的な外観と形状を与え、細胞内小器官やさまざまな物体の付着部位として機能します。神経細胞では、微小管の束が細胞体から軸索の端までの物質の輸送に関与しています。それらの関与により、有糸分裂紡錘体は細胞分裂中に機能します。それらは真核生物の絨毛と鞭毛の運動要素の役割を果たします。

芯細胞の主要な構造であり、遺伝的特徴の伝達とタンパク質の合成に関与しています。核は、核と細胞質の間でさまざまな物質が交換される多数の核孔を含む核膜で囲まれています。その中に核小体があります。リボソーム RNA およびヒストンタンパク質の合成における核小体の重要な役割は確立されています。核の残りの部分には、DNA、RNA、および多くの特定のタンパク質からなるクロマチンが含まれています。

細胞膜の機能

細胞膜は、細胞内および細胞間の代謝の調節において重要な役割を果たします。選択透過性を持っています。彼らの特定の構造バリア、輸送、調節機能を可能にします。

バリア機能それは、水に溶解した化合物の膜の透過を制限することによって現れます。膜は大きなタンパク質分子や有機アニオンに対して不透過性です。

調節機能膜は、化学的、生物学的、機械的影響に応じて細胞内代謝を調節することを目的としています。さまざまな影響が特殊な膜受容体によって認識され、その後酵素活性が変化します。

トランスポート機能生体膜を介した移動は、受動的（拡散、濾過、浸透）または能動輸送を使用して実行できます。

拡散 -濃度および電気化学的勾配に沿ったガスまたは可溶性物質の移動。拡散速度は、細胞膜の透過性、非荷電粒子の濃度勾配、荷電粒子の電気勾配および濃度勾配に依存します。 単純な拡散脂質二重層またはチャネルを通じて起こります。荷電粒子は電気化学勾配に従って移動し、非荷電粒子は化学勾配に従って移動します。たとえば、酸素は単純な拡散によって膜の脂質層を通過します。ステロイドホルモン、尿素、アルコールなど。さまざまなイオンや粒子がチャネルを通って移動します。イオンチャネルはタンパク質によって形成され、ゲートチャネルと非ゲートチャネルに分けられます。選択性に応じて、1 つのイオンのみを通過させるイオン選択性ケーブルと、選択性を持たないチャネルが区別されます。チャネルにはオリフィスと選択フィルターがあり、制御されたチャネルにはゲート機構があります。

促進された拡散 -特殊な膜輸送タンパク質を使用して物質が膜を通過して輸送されるプロセス。このようにして、アミノ酸と単糖類が細胞内に浸透します。このタイプの転送は非常に迅速に行われます。

浸透 -浸透圧の低い溶液から浸透圧の高い溶液への、膜を通した水の移動。

アクティブトランスポート -輸送ATPアーゼ（イオンポンプ）を使用した、濃度勾配に逆らった物質の輸送。この移動はエネルギーの消費とともに起こります。

Na + /K + -、Ca 2+ -、および H + ポンプは広範囲に研究されています。ポンプは細胞膜上にあります。

アクティブトランスポートの一種は、 エンドサイトーシスそして エキソサイトーシス。これらの仕組みを利用して、チャネルでは輸送できない大きな物質（タンパク質、多糖類、核酸）が輸送されます。この輸送は、腸上皮細胞、尿細管、および血管内皮でより一般的です。

でエンドサイトーシスでは、細胞膜が細胞内に陥入を形成し、放出されると小胞に変わります。エキソサイトーシス中に、小胞は内容物とともに細胞膜に移動して細胞膜と融合し、小胞の内容物が細胞外環境に放出されます。

細胞膜の構造と機能

生きた細胞における電位の存在を保証するプロセスを理解するには、まず細胞膜の構造とその特性を理解する必要があります。

現在、最も広く受け入れられているのは、1972 年に S. シンガーと G. ニコルソンによって提案された膜の液体モザイクモデルです。膜はリン脂質の二重層 (二重層) に基づいており、その分子の疎水性フラグメントは膜の厚さの中に浸漬され、極性の親水基が外側に向いている、それら。周囲の水生環境に放出されます (図 2)。

膜タンパク質は膜の表面に局在しているか、膜に埋め込まれている可能性があります。異なる深さ疎水性ゾーンへ。一部のタンパク質は膜をまたいでおり、同じタンパク質の異なる親水基が細胞膜の両側に見られます。原形質膜にあるタンパク質は非常に重要な役割を果たしています。タンパク質はイオンチャネルの形成に関与し、膜ポンプやさまざまな物質の輸送体の役割を果たし、受容体機能も実行できます。

細胞膜の主な機能: バリア、輸送、調節、触媒。

バリア機能は、膜を通した水溶性化合物の拡散を制限することであり、これは細胞を外来の有毒物質から保護し、細胞内のさまざまな物質の含有量を比較的一定に維持するために必要です。したがって、細胞膜はさまざまな物質の拡散を 100,000 ～ 10,000,000 倍遅くすることができます。

米。 2. シンガー・ニコルソン膜の液体モザイクモデルの三次元図

脂質二重層に埋め込まれた球状の内在性タンパク質が示されています。いくつかのタンパク質はイオンチャネルであり、他のタンパク質（糖タンパク質）は、細胞相互間および細胞間組織における細胞の認識に関与するオリゴ糖側鎖を含みます。コレステロール分子はリン脂質の頭部に隣接しており、「尾部」の隣接部分を固定しています。リン脂質分子の尾部の内部部分は、その動きが制限されておらず、膜の流動性を担っています (Bretscher、1985)

膜には、イオンが通過するチャネルが含まれています。チャネルは電圧に依存する場合もあれば、電位に依存しない場合もあります。 電圧依存チャンネル電位差が変化すると開き、 潜在的に独立した（ホルモン調節により）受容体が物質と相互作用すると開きます。チャネルはゲートのおかげで開閉できます。メンブレンには 2 種類のゲートが組み込まれています。 アクティベーション（水路の奥深く）そして 不活化（チャンネル表面上）。ゲートは次の 3 つの状態のいずれかになります。

開いた状態 (両方のタイプのゲートが開いている)。
閉じた状態（活性化ゲートが閉じた状態）。
不活性化状態（不活性化ゲートが閉じている）。

別の特徴的な機能膜は無機イオンを選択的に輸送する能力であり、栄養素、およびさまざまな交換製品。物質の受動的および能動的移動（輸送）システムがあります。 受け身輸送はキャリアタンパク質の助けの有無にかかわらずイオンチャネルを通じて起こり、その原動力は細胞内空間と細胞外空間の間のイオンの電気化学ポテンシャルの差です。イオンチャネルの選択性は、その幾何学的パラメータと化学的性質運河とその河口の壁に並ぶグループ。

現在、最もよく研究されているチャネルは、Na + 、K + 、Ca 2+ イオン、および水 (いわゆるアクアポリン) を選択的に透過するチャネルです。さまざまな研究によると、イオンチャネルの直径は0.5〜0.7 nmです。チャネル容量はさまざまで、1 秒あたり 10 7 ～ 10 8 個のイオンが 1 つのイオンチャネルを通過できます。

アクティブ輸送はエネルギーの消費を伴い発生し、いわゆるイオンポンプによって実行されます。イオンポンプは、膜に埋め込まれた分子タンパク質構造であり、より高い電気化学ポテンシャルに向かってイオンを輸送します。

ポンプは ATP 加水分解のエネルギーを利用して動作します。現在、Na+/K+ - ATPase、Ca 2+ - ATPase、H + - ATPase、H + /K + - ATPase、Mg 2+ - ATPase により、それぞれ Na +、K +、Ca 2+ イオンの移動が保証されています。、H+、Mg 2+ が単離または結合されており、よく研究されています (Na+ と K+; H+ と K+)。能動輸送の分子機構は完全には理解されていません。