30 細胞膜は以下から構成されています。細胞膜とその構造

生物の基本的な構造単位は細胞であり、細胞膜で囲まれた細胞質の分化した部分です。細胞は生殖、栄養、運動などの多くの重要な機能を実行するため、膜は可塑性があり緻密でなければなりません。

細胞膜の発見と研究の歴史

1925 年、グレンデルとゴーダーは、赤血球の「影」、つまり空の膜を特定する実験を実施し、成功しました。いくつかの重大な間違いにもかかわらず、科学者は脂質二重層を発見しました。彼らの研究はダニエリ、1935 年にはドーソン、1960 年にはロバートソンによって継続されました。長年の研究と議論の蓄積の結果、1972 年にシンガーとニコルソンは膜構造の流体モザイクモデルを作成しました。さらなる実験と研究により、科学者の研究が確認されました。

意味

細胞膜とは何ですか? この言葉は100年以上前に使われ始め、ラテン語から翻訳されたもので、「膜」、「皮膚」を意味します。これは、内部内容と外部環境の間の自然な障壁であるセル境界が指定される方法です。細胞膜の構造は半透過性を意味しており、これにより水分と水分が透過します。栄養素分解生成物は自由に通過できます。この殻は細胞組織の主要な構造要素と呼ぶことができます。

細胞膜の主な機能を考えてみましょう

1. セルの内部内容とコンポーネントを分離します。外部環境.

2. 細胞の化学組成を一定に維持するのに役立ちます。

3. 規制する正しい交換物質。

4. セル間の通信を提供します。

5. 信号を認識します。

6.保護機能。

「プラズマシェル」

細胞外膜は原形質膜とも呼ばれ、厚さが 5 ～ 7 ナノミリメートルの超微細な膜です。それは主にタンパク質化合物、リン酸化物、および水で構成されています。フィルムは弾力性があり、水を容易に吸収し、損傷後もすぐに完全性を回復します。

普遍的な構造を持っています。この膜は境界位置を占め、選択的透過性、崩壊生成物の除去、およびそれらの合成のプロセスに参加します。「隣人」との関係や内部内容物を損傷から確実に保護するため、セルの構造などの重要な要素となっています。動物の細胞膜は、タンパク質や多糖類を含む糖衣という薄い層で覆われていることがあります。膜の外側の植物細胞は細胞壁によって保護されており、細胞壁は支持体として機能し、形状を維持します。その組成の主成分は繊維（セルロース）、つまり水に不溶な多糖類です。

したがって、細胞外膜は修復、保護、および他の細胞との相互作用の機能を持っています。

細胞膜の構造

この可動シェルの厚さは 6 ナノミリメートルから 10 ナノミリメートルまで変化します。細胞の細胞膜には、特別な構成、その基礎は脂質二重層です。水に対して不活性な疎水性の尾部は、内部一方、水と相互作用する親水性ヘッドは外側を向いています。それぞれの脂質はリン脂質であり、グリセロールやスフィンゴシンなどの物質の相互作用の結果です。脂質フレームワークはタンパク質に密に囲まれており、タンパク質は不連続な層に配置されています。それらの一部は脂質層に浸され、残りは脂質層を通過します。その結果、水が浸透する領域が形成されます。これらのタンパク質によって実行される機能は異なります。それらの一部は酵素であり、残りはさまざまな物質を外部環境から細胞質に輸送し、またその逆に輸送する輸送タンパク質です。

細胞膜は内在性タンパク質によって浸透されて密接に結合されており、周囲のものとの結合はそれほど強くありません。これらのタンパク質は、膜の構造を維持し、膜からの信号を受信して変換するという重要な機能を果たします。環境、物質の輸送、膜上で起こる反応の触媒。

コンパウンド

細胞膜の基礎は二分子層です。連続性のおかげで、セルはバリア性と機械的特性を備えています。の上さまざまな段階この二重層の生命活動が妨害される可能性があります。その結果、貫通した親水性細孔の構造欠陥が形成される。この場合、細胞膜などの構成要素のすべての機能が変化する可能性があります。コアは外部の影響を受ける可能性があります。

プロパティ

細胞の細胞膜には、興味深い機能。この膜は流動性があるため、硬い構造ではなく、膜を構成するタンパク質や脂質の大部分が膜面上を自由に動きます。

一般に細胞膜は非対称であるため、タンパク質層と脂質層の組成は異なります。動物細胞の原形質膜の外側には、受容体およびシグナル伝達機能を実行する糖タンパク質層があり、細胞を組織に結合するプロセスでも大きな役割を果たしています。細胞膜は極性を持っています。外電荷はプラスで、内側はマイナスです。上記のすべてに加えて、細胞膜には選択的な洞察力があります。

これは、水に加えて、溶解物質の特定のグループの分子とイオンのみが細胞内に入ることが許可されることを意味します。ほとんどの細胞内のナトリウムなどの物質の濃度は、外部環境よりもはるかに低いです。カリウムイオンの比率は異なります。細胞内の量は環境中の量よりもはるかに多くなります。この点、ナトリウムイオンは細胞膜を透過しやすく、カリウムイオンは細胞膜の外に放出されやすい。このような状況下では、膜は「ポンピング」の役割を果たす特別なシステムを活性化し、物質の濃度を平準化します。ナトリウムイオンは細胞の表面にポンピングされ、カリウムイオンは内部にポンピングされます。この機能細胞膜の最も重要な機能に含まれています。

ナトリウムイオンとカリウムイオンが表面から内部に移動する傾向は、細胞内への糖とアミノ酸の輸送に大きな役割を果たします。細胞からナトリウムイオンを積極的に除去する過程で、膜は内部にグルコースとアミノ酸を新たに取り込むための条件を作り出します。逆に、カリウムイオンを細胞内に移動させる過程で、細胞内から外部環境への崩壊生成物の「輸送体」の数が補充されます。

細胞への栄養は細胞膜を介してどのように行われるのでしょうか?

多くの細胞は、食作用や飲作用などのプロセスを通じて物質を取り込みます。最初のオプションでは、柔軟な外膜が小さなくぼみを作り、そこに捕捉された粒子が行き着きます。その後、凹部の直径は、封入された粒子が細胞質に入るまで大きくなります。アメーバなどの一部の原生動物は、食作用によって栄養を摂取します。血球- 白血球と食細胞。同様に、細胞は必要な水分を含む液体を吸収します。便利な素材。この現象は飲作用と呼ばれます。

外膜は細胞の小胞体と密接につながっています。

多くの種類の主要な組織構成要素には、膜の表面に突起、ひだ、微絨毛があります。植物細胞この殻の外側は別の厚い殻で覆われており、顕微鏡ではっきりと見ることができます。それらを構成する繊維は組織サポートの形成に役立ちます植物由来たとえば、木材。動物細胞には、細胞膜の上に多数の外部構造もあります。それらは本質的に専ら保護的であり、その一例は昆虫の外皮細胞に含まれるキチンです。

細胞膜の他に細胞内膜があります。その機能は、細胞をいくつかの特殊な閉じた区画、つまり特定の環境を維持する必要がある区画または細胞小器官に分割することです。

したがって、細胞膜のような生物の基本単位の構成要素の役割を過大評価することは不可能です。構造と機能は、総細胞表面積の大幅な拡大、改善を示唆しています。代謝プロセス。この分子構造はタンパク質と脂質で構成されています。膜は細胞を外部環境から分離し、細胞の完全性を保証します。その助けにより、細胞間の接続がかなり強いレベルで維持され、組織が形成されます。この点に関して、次のような結論が得られます。重要な役割細胞膜は細胞内で役割を果たしています。構造とそれによって実行される機能は根本的に異なります。異なる細胞、目的に応じて。これらの特徴により、細胞膜のさまざまな生理活性と細胞や組織の存在における役割が実現されています。

テキストフィールド

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細胞は、細胞または細胞膜によって体の内部環境から分離されています。

膜は以下を提供します。

1) 特定の細胞機能を実行するために必要な分子およびイオンの細胞内外への選択的な透過。
2) 膜を横切るイオンの選択的輸送、膜貫通電位差の維持。
3) 細胞間接触の特異性。

膜には、ホルモン、メディエーター、その他の生物学的信号などの化学信号を感知する多数の受容体が存在するため、活性物質、細胞の代謝活動を変化させることができます。膜は、その上の抗原の存在により免疫発現の特異性を提供します - 構造形成を引き起こすこれらの抗原に特異的に結合できる抗体。
細胞の核と小器官も膜によって細胞質から分離されており、水やそれに溶解している物質が細胞質から細胞質へ、またはその逆の自由な移動を妨げています。これにより、細胞内のさまざまな区画で発生する生化学プロセスを分離するための条件が作成されます。

細胞膜の構造

テキストフィールド

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細胞膜は厚さ 7 ～ 11 nm の弾性構造です (図 1.1)。主に脂質とタンパク質で構成されています。全脂質の 40 ～ 90% はリン脂質、つまりホスファチジルコリン、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、スフィンゴミエリン、ホスファチジルイノシトールです。膜の重要な成分は、セレブロシド、スルファチド、ガングリオシド、コレステロールに代表される糖脂質です。

米。 1.1 膜の構成。

細胞膜の基本構造リン脂質分子の二重層です。疎水性相互作用により、脂質分子の糖鎖は伸長した状態で互いに近くに保持されます。両方の層のリン脂質分子のグループは、脂質膜に浸されたタンパク質分子と相互作用します。二重層の脂質成分のほとんどが液体状態であるため、膜は可動性を持ち、波状の動きをします。その部分と脂質二重層に浸されたタンパク質は、ある部分から別の部分へと混合されます。細胞膜の可動性（流動性）により、膜を通過する物質の輸送プロセスが促進されます。

細胞膜タンパク質主に糖タンパク質によって表されます。がある：

内在性タンパク質膜の厚さ全体に浸透し、
末梢タンパク質、膜の表面、主にその内部にのみ付着しています。

周辺タンパク質 ほとんどすべてが酵素として機能します（アセチルコリンエステラーゼ、酸性ホスファターゼ、シルクホスファターゼなど）。しかし、一部の酵素は、不可欠なタンパク質である ATPase によって表されることもあります。

内在性タンパク質 細胞外液と細胞内液の間の膜チャネルを介してイオンの選択的交換を提供し、大きな分子を輸送するタンパク質としても機能します。

膜受容体と抗原は、内在性タンパク質と周辺タンパク質の両方で表すことができます。

細胞質側から膜に隣接するタンパク質は次のように分類されます。 細胞の細胞骨格 。それらは膜タンパク質に結合することができます。

それで、 プロテインバンド3 赤血球膜の（タンパク質電気泳動中のバンド数）は、低分子量タンパク質アンキリンを介して他の細胞骨格分子であるスペクトリンとアンサンブルに結合されます（図1.2）。

米。 1.2 赤血球の膜近傍細胞骨格におけるタンパク質の配置の図式。
1 - スペクトリン。 2 - アンキリン; 3 - バンド 3 のタンパク質。 4 - タンパク質バンド 4.1; 5 - バンドタンパク質 4.9; 6 - アクチンオリゴマー。 7 - プロテイン6; 8 - グピコホリン A; 9 - 膜。

スペクトリン アクチンが結合する二次元ネットワークを構成する主要な細胞骨格タンパク質です。

アクチン 細胞骨格の収縮装置であるマイクロフィラメントを形成します。

細胞骨格これにより、細胞が柔軟な弾性特性を発揮できるようになり、膜に追加の強度が提供されます。

ほとんどの内在性タンパク質は糖タンパク質です。炭水化物部分は細胞膜から外側に突き出ています。多くの糖タンパク質は、シアル酸を多く含むため、大きな負電荷を持っています (グリコホリン分子など)。これにより、ほとんどの細胞の表面にマイナスの電荷が与えられ、他のマイナスに帯電した物体を反発するのに役立ちます。糖タンパク質の炭水化物突起は、血液型抗原、細胞の他の抗原決定基のキャリアであり、ホルモンに結合する受容体として機能します。糖タンパク質は、細胞を互いに付着させる接着分子を形成します。細胞間の接触を密にします。

膜内代謝の特徴

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膜成分は、膜上または膜内にある酵素の影響下で多くの代謝変換を受けます。これらには、膜の疎水性要素（コレステロールなど）の修飾に重要な役割を果たす酸化酵素が含まれます。膜では、酵素（ホスホリパーゼ）が活性化されると、アラキドン酸から生物学的に活性な化合物（プロスタグランジンとその誘導体）が形成されます。リン脂質代謝の活性化の結果、膜内でトロンボキサンとロイコトリエンが形成され、血小板の接着や炎症の過程などに強力な影響を与えます。

膜内では構成要素の更新プロセスが継続的に発生します。 。したがって、膜タンパク質の寿命は 2 ～ 5 日の範囲です。しかし、細胞内には、新しく合成されたタンパク質分子を膜受容体に確実に送達する機構があり、タンパク質の膜への取り込みを促進します。新しく合成されたタンパク質によるこの受容体の「認識」は、膜上の受容体を見つけるのに役立つシグナルペプチドの形成によって促進されます。

膜脂質は交換率が大きいという特徴もあります。、これらの成分の合成には膜が必要です大量脂肪酸。
細胞膜の脂質組成の特異性は、人間の環境の変化と食事の性質の影響を受けます。

たとえば、不飽和結合を含む食事性脂肪酸の増加増加する液体状態さまざまな組織の細胞膜の脂質は、リン脂質とスフィンゴミエリンの比率、および脂質とタンパク質の比率に変化をもたらし、細胞膜の機能にとって有利になります。

逆に、膜内の過剰なコレステロールは、リン脂質分子の二重層の微粘度を増加させ、細胞膜を通る特定の物質の拡散速度を低下させます。

ビタミンA、E、C、Pが豊富な食品は、赤血球膜の脂質代謝を改善し、膜の微粘度を低下させます。これにより、赤血球の変形性が高まり、赤血球の輸送機能が促進されます（第 6 章）。

脂肪酸とコレステロールの欠乏食品中の脂質組成と細胞膜の機能を破壊します。

例えば、脂肪欠乏は好中球膜の機能を破壊し、好中球の運動能力や食作用（単細胞生物や一部の細胞による微細な異物や粒子状物質の積極的な捕捉と吸収）を阻害します。

膜の脂質組成とその透過性の調節、細胞増殖の調節通常発生する代謝反応（ミクロソームの酸化など）に関連して細胞内で形成される活性酸素種が重要な役割を果たします。

活性酸素種が発生する・スーパーオキシドラジカル（O 2 ）、過酸化水素（H 2 O 2 ）等は非常に反応性の高い物質です。フリーラジカル酸化反応における主な基質は不飽和です脂肪酸、細胞膜のリン脂質の一部です（いわゆる脂質過酸化反応）。これらの反応の激化は、細胞膜、そのバリア、受容体および代謝機能への損傷、核酸分子およびタンパク質の修飾を引き起こし、酵素の突然変異や不活化を引き起こす可能性があります。

生理学的条件下では、脂質過酸化の激化は、活性酸素種を不活化する酵素であるスーパーオキシドジスムターゼ、カタラーゼ、ペルオキシダーゼや、抗酸化活性を持つ物質であるトコフェロール（ビタミンE）、ユビキノンなどに代表される細胞の抗酸化システムによって制御されています。プロスタグランジン E および J2 は、体にさまざまな損傷を与える細胞膜に対する顕著な保護効果 (細胞保護効果) を持ち、フリーラジカル酸化の活性化を「鎮める」効果があります。プロスタグランジンは胃粘膜と肝細胞を保護します。化学的損傷、ニューロン、神経膠細胞、心筋細胞 - 低酸素損傷によるもの、骨格筋 - 重篤な場合身体活動。プロスタグランジンは、細胞膜上の特定の受容体に結合することにより、細胞膜の二重層を安定化し、膜によるリン脂質の損失を軽減します。

膜受容体の機能

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化学的または機械的信号は、最初に細胞膜受容体によって認識されます。その結果、膜タンパク質が化学修飾され、細胞内のシグナルがゲノム、酵素、収縮要素などに迅速に伝播することを保証する「セカンドメッセンジャー」の活性化が引き起こされます。

細胞内の膜貫通シグナル伝達は次のように概略的に表すことができます。

1) 受容体は、受信したシグナルによって励起され、細胞膜のγタンパク質を活性化します。これは、グアノシン三リン酸 (GTP) と結合するときに起こります。

2) GTP-γ-タンパク質複合体の相互作用により、膜の内側にある二次メッセンジャーの前駆体である酵素が活性化されます。

ATP から形成されるセカンドメッセンジャーの 1 つである cAMP の前駆体は、酵素アデニル酸シクラーゼです。
他の二次メッセンジャーであるイノシトール三リン酸とジアシルグリセロールの前駆体は、膜ホスファチジルイノシトール-4,5-二リン酸から形成され、酵素ホスホリパーゼCです。さらに、イノシトール三リン酸は細胞内の別の二次メッセンジャーであるカルシウムイオンを動員します。細胞内のすべての調節プロセス。たとえば、生成したイノシトール三リン酸は、小胞体からのカルシウムの放出と細胞質内の濃度の増加を引き起こします。さまざまな形細胞反応。イノシトール三リン酸とジアシルグリセロールの助けにより、膵臓の平滑筋とB細胞の機能はアセチルコリンによって調節され、下垂体前葉はチログロピン放出因子によって調節され、抗原に対するリンパ球の反応などが調節されます。
一部の細胞では、酵素グアニル酸シクラーゼの助けを借りて GTP から形成される cGMP がセカンドメッセンジャーの役割を果たしています。たとえば、次のような役割を果たします。二次仲介ナトリウム利尿ホルモン用平滑筋壁血管。 cAMP は、アドレナリン、エリスロポエチンなど、多くのホルモンの二次メッセンジャーとして機能します (第 3 章)。

細胞膜

中心部で構造的組織細胞は膜の構造原理に基づいています。つまり、細胞は主に膜で構成されています。すべての生体膜には共通点があります構造的特徴そしてプロパティ。

現在、膜構造の液体モザイクモデルが一般的に受け入れられています。

膜の化学組成と構造

膜は主に形成される脂質二重層に基づいています リン脂質。脂質は平均で約 40% を占めます化学組成膜。二重層では、膜内の分子の尾部が互いに向き合い、極性の頭部が外側を向くため、膜の表面は親水性になります。脂質は膜の基本的な特性を決定します。

脂質に加えて、膜にはタンパク質 (平均約 60%) が含まれています。それらは膜の特定の機能のほとんどを決定します。タンパク質分子は連続した層を形成しません(図280)。膜内の位置に応じて、次のようなものがあります。

膜タンパク質はさまざまな機能を実行できます。

膜には 2 ～ 10% の炭水化物が含まれる場合があります。膜の炭水化物成分は、通常、タンパク質分子 (糖タンパク質) または脂質 (糖脂質) に結合したオリゴ糖鎖または多糖鎖によって表されます。炭水化物は主に次の場所に存在します。外面膜。細胞膜における炭水化物の機能は完全には理解されていませんが、細胞膜の受容体機能を提供していると言えます。

動物細胞では、糖タンパク質は膜上複合体を形成します。糖衣数十ナノメートルの厚さを持っています。細胞外消化がその中で起こり、多くの細胞受容体が位置し、細胞接着は明らかにその助けを借りて起こります。

タンパク質と脂質の分子は可動性があり、移動することができます。 , 主に膜の面にあります。膜は非対称です , つまり、膜の外面と内面の脂質とタンパク質の組成が異なります。

細胞膜の厚さは平均 7.5 nm です。

膜の主な機能の 1 つは輸送であり、細胞と外部環境の間で物質の交換を確実に行います。膜には選択的透過性の特性があります。つまり、一部の物質または分子に対してはよく透過しますが、他のものに対しては透過性が低い (または完全に不透過です)。さまざまな物質の膜の透過性は、分子の特性 (極性、サイズなど) と膜の特性 (脂質層の内側の部分は疎水性) に依存します。

存在するさまざまな仕組み膜を通した物質の輸送(図281)。物質を輸送するためにエネルギーを使用する必要性に応じて、次のようなものがあります。

受動的輸送

受動輸送は濃度と電荷の違いに基づいています。受動的輸送では、物質は常により多くの物質が存在する領域から移動します。高濃度より低い領域、つまり濃度勾配に沿った領域へ。分子が荷電している場合、その輸送も電気勾配の影響を受けます。したがって、両方の勾配を組み合わせた電気化学勾配についてよく話されます。輸送速度は勾配の大きさによって異なります。

パッシブトランスポートには 3 つの主なメカニズムがあります。

膜チャネルを通した拡散。荷電分子およびイオン (Na +、K +、Ca 2+、Cl -) は単純な拡散では脂質二重層を通過できませんが、膜内に特殊なチャネル形成タンパク質が存在するため、膜を通過します。水孔を形成します。

輸送タンパク質。それぞれが特定の分子または関連分子のグループの輸送を担当します。それらは輸送された物質の分子と相互作用し、何らかの方法でそれを膜を通して移動させます。このようにして、糖、アミノ酸、ヌクレオチド、その他多くの極性分子が細胞内に輸送されます。

アクティブトランスポート

能動輸送の必要性は、電気化学的勾配に抗して膜を通過する分子の輸送を確実にする必要がある場合に生じます。この輸送はキャリアタンパク質によって行われ、その活性にはエネルギーが必要です。エネルギー源はATP分子です。

最も研究されている能動輸送システムの 1 つは、ナトリウム - カリウムポンプです。細胞内の K 濃度は細胞外よりもはるかに高く、Na はその逆です。したがって、K は膜の水孔を通って細胞の外に受動的に拡散し、Na は細胞内に拡散します。同時に、細胞が正常に機能するためには、細胞質および外部環境における K イオンと Na イオンの比率を一定に維持することが重要です。これが可能となるのは、膜が (Na + K) ポンプの存在により、Na を細胞の外に、K を細胞内に積極的に送り出すためです。 (Na + K) ポンプの動作は、セルの寿命に必要な総エネルギーのほぼ 3 分の 1 を消費します。

ポンプは構造変化が可能な特殊な膜貫通膜タンパク質であり、そのため K イオンと Na イオンの両方を結合できます。 (Na + K) ポンプの動作サイクルは、いくつかのフェーズで構成されます (図 282)。

1 サイクルの動作で、ポンプはセルから 3 個の Na イオンを排出し、2 個の K イオンを送り込みます。移送されるイオン数のこの違いは、K イオンに対する膜の透過性が Na に対するものよりも高いという事実によるものです。イオン。したがって、K は細胞内に Na よりも速く受動的に細胞外に拡散します。

大きな粒子（例えば、リンパ球、原生動物などの食作用）。

エキソサイトーシス- 細胞からさまざまな物質を除去するプロセス。エキソサイトーシス中、小胞 (または液胞) の膜は細胞質外膜と接触すると、それと融合します。小胞の内容物は穴の外側に取り出され、その膜は細胞質外膜に含まれます。

細胞膜の発見と研究の歴史

意味

細胞膜とは何ですか? この言葉は100年以上前に使われ始め、ラテン語から翻訳されたもので、「膜」、「皮膚」を意味します。これは、内部内容と外部環境の間の自然な障壁であるセル境界が指定される方法です。細胞膜の構造は半透性を意味しており、そのため水分、栄養素、分解生成物が自由に通過できます。この殻は細胞組織の主要な構造要素と呼ぶことができます。

細胞膜の主な機能を考えてみましょう

1. 細胞の内部内容と外部環境の構成要素を分離します。

2. 細胞の化学組成を一定に維持するのに役立ちます。

3. 適切な代謝を調節します。

4. セル間の通信を提供します。

5. 信号を認識します。

6.保護機能。

「プラズマシェル」

したがって、細胞外膜は修復、保護、および他の細胞との相互作用の機能を持っています。

細胞膜の構造

この可動シェルの厚さは 6 ナノミリメートルから 10 ナノミリメートルまで変化します。細胞の細胞膜は特殊な組成を持ち、その基礎となるのは脂質二重層です。水に対して不活性な疎水性の尾部は内側にあり、水と相互作用する親水性の頭部は外側を向いています。それぞれの脂質はリン脂質であり、グリセロールやスフィンゴシンなどの物質の相互作用の結果です。脂質フレームワークはタンパク質に密に囲まれており、タンパク質は不連続な層に配置されています。それらの一部は脂質層に浸され、残りは脂質層を通過します。その結果、水が浸透する領域が形成されます。これらのタンパク質によって実行される機能は異なります。それらの一部は酵素であり、残りはさまざまな物質を外部環境から細胞質に輸送し、またその逆に輸送する輸送タンパク質です。

細胞膜は内在性タンパク質によって浸透されて密接に結合されており、周囲のものとの結合はそれほど強くありません。これらのタンパク質は、膜の構造を維持し、環境からのシグナルを受信して変換し、物質を輸送し、膜上で起こる反応を触媒するという重要な機能を果たします。

コンパウンド

細胞膜の基礎は二分子層です。連続性のおかげで、セルはバリア性と機械的特性を備えています。人生のさまざまな段階で、この二重層が破壊されることがあります。その結果、貫通した親水性細孔の構造欠陥が形成される。この場合、細胞膜などの構成要素のすべての機能が変化する可能性があります。コアは外部の影響を受ける可能性があります。

プロパティ

細胞の細胞膜には興味深い特徴があります。この膜は流動性があるため、硬い構造ではなく、膜を構成するタンパク質や脂質の大部分が膜面上を自由に動きます。

一般に細胞膜は非対称であるため、タンパク質層と脂質層の組成は異なります。動物細胞の原形質膜の外側には、受容体およびシグナル伝達機能を実行する糖タンパク質層があり、細胞を組織に結合するプロセスでも大きな役割を果たしています。細胞膜は極性です。つまり、外側の電荷はプラス、内側の電荷はマイナスです。上記のすべてに加えて、細胞膜には選択的な洞察力があります。

これは、水に加えて、溶解物質の特定のグループの分子とイオンのみが細胞内に入ることが許可されることを意味します。ほとんどの細胞内のナトリウムなどの物質の濃度は、外部環境よりもはるかに低いです。カリウムイオンの比率は異なります。細胞内の量は環境中の量よりもはるかに多くなります。この点、ナトリウムイオンは細胞膜を透過しやすく、カリウムイオンは細胞膜の外に放出されやすい。このような状況下では、膜は「ポンピング」の役割を果たす特別なシステムを活性化し、物質の濃度を平準化します。ナトリウムイオンは細胞の表面にポンピングされ、カリウムイオンは内部にポンピングされます。この機能は細胞膜の最も重要な機能の 1 つです。

細胞への栄養は細胞膜を介してどのように行われるのでしょうか?

多くの細胞は、食作用や飲作用などのプロセスを通じて物質を取り込みます。最初のオプションでは、柔軟な外膜が小さなくぼみを作り、そこに捕捉された粒子が行き着きます。その後、凹部の直径は、封入された粒子が細胞質に入るまで大きくなります。食作用を通じて、アメーバなどの一部の原生動物だけでなく、白血球や食細胞などの血球も摂食されます。同様に、細胞は必要な栄養素を含む液体を吸収します。この現象は飲作用と呼ばれます。

外膜は細胞の小胞体と密接につながっています。

多くの種類の主要な組織構成要素には、膜の表面に突起、ひだ、微絨毛があります。この殻の外側の植物細胞は、別の厚い殻で覆われており、顕微鏡ではっきりと見ることができます。それらの繊維は、木材などの植物組織の支持体を形成するのに役立ちます。動物細胞には、細胞膜の上に多数の外部構造もあります。それらは本質的に専ら保護的であり、その一例は昆虫の外皮細胞に含まれるキチンです。

したがって、細胞膜のような生物の基本単位の構成要素の役割を過大評価することは不可能です。構造と機能は、細胞の総表面積の大幅な拡大と代謝プロセスの改善を示唆しています。この分子構造はタンパク質と脂質で構成されています。膜は細胞を外部環境から分離し、細胞の完全性を保証します。その助けにより、細胞間の接続がかなり強いレベルで維持され、組織が形成されます。この点で、細胞膜は細胞内で最も重要な役割の 1 つを果たしていると結論付けることができます。それによって実行される構造と機能は、目的に応じて細胞ごとに根本的に異なります。これらの特徴により、細胞膜のさまざまな生理活性と細胞や組織の存在における役割が実現されています。

細胞膜 , または プラズマレンマ、- すべての細胞にとって最も永続的で基本的な普遍的な膜。細胞全体を覆う薄い（約10nm）膜です。プラズマレンマはタンパク質分子とリン脂質で構成されています (図 1.6)。

リン脂質分子は 2 列に配置されており、疎水性の端は内側にあり、親水性の端は内部および外部の水性環境に向かっています。場所によっては、リン脂質の二重層 (二重層) がタンパク質分子 (統合タンパク質) によって貫通されています。このようなタンパク質分子の内部には、水溶性物質が通過するチャネル、つまり細孔があります。他のタンパク質分子は、脂質二重層の一方の側またはもう一方の側の半分を貫通します (半一体型タンパク質)。真核細胞の膜の表面には周辺タンパク質があります。脂質とタンパク質の分子は、親水性と疎水性の相互作用によって一緒に保持されます。

膜の性質と機能。脂質とタンパク質の分子は相互接続されていないため、すべての細胞膜は流動性のある流体構造です。共有結合そして膜面内を非常に速く移動することができます。このおかげで、膜はその構成を変えることができ、つまり流動性を持ちます。

膜は非常に動的な構造です。損傷からはすぐに回復し、細胞の動きに合わせて伸縮します。

さまざまな種類の細胞の膜は、化学組成、タンパク質、糖タンパク質、脂質の相対含有量の両方において大きく異なり、したがって、膜に含まれる受容体の性質も異なります。したがって、各細胞タイプは個性によって特徴づけられ、それは主に決定されます。 糖タンパク質。細胞膜から突き出た分岐鎖糖タンパク質が関与しています。 因子認識外部環境、および関連する細胞の相互認識において。たとえば、卵子と精子は細胞表面の糖タンパク質によってお互いを認識し、それらは全体の構造の別個の要素として組み合わされます。このような相互認識は、受精の前に必要な段階です。

同様の現象が組織分化の過程でも観察されます。この場合、構造が似ている細胞は、形質膜の認識領域の助けを借りて、互いに対して正しく配向され、それによって細胞の接着と組織形成が確実になります。認識に関連する 輸送規制膜を通過する分子やイオン、ならびに糖タンパク質が抗原の役割を果たす免疫学的反応。したがって、糖は情報分子（タンパク質や核酸など）として機能することができます。膜には、特定の受容体、電子伝達体、エネルギー変換体、酵素タンパク質も含まれています。タンパク質は、特定の分子の細胞内外への輸送の確保に関与し、細胞骨格と細胞膜の間に構造的接続を提供し、環境からの化学シグナルを受信して変換する受容体として機能します。

膜の最も重要な特性もまた、 選択的透過性。これは、分子とイオンが膜を通過する速度が異なることを意味し、分子のサイズが大きくなるほど、膜を通過する速度は遅くなります。この特性は細胞膜を次のように定義します。 浸透障壁。水とその中に溶けているガスは最大の浸透能力を持っています。イオンは膜をよりゆっくりと通過します。膜を通した水の拡散はと呼ばれます 浸透によって。

膜を通って物質を輸送するメカニズムはいくつかあります。

拡散- 濃度勾配（濃度が高い領域から濃度が低い領域へ）に沿った膜を通過する物質の透過。物質（水、イオン）の拡散輸送は、分子細孔を持つ膜タンパク質、または脂溶性物質の場合は脂質相の関与によって行われます。

促進拡散あり特殊な膜輸送タンパク質は、1 つまたは別のイオンまたは分子に選択的に結合し、濃度勾配に沿って膜を越えて輸送します。

アクティブトランスポートエネルギーコストがかかり、物質をその濃度勾配に逆らって輸送する役割を果たします。彼いわゆる、を形成する特別なキャリアタンパク質によって実行されます。 イオンポンプ。最も研究されているのは、動物細胞内の Na - / K - ポンプで、K - イオンを吸収しながら Na + イオンを積極的に排出します。このため、細胞内では環境に比べて高い濃度の K - と低い濃度の Na + が維持されます。このプロセスには ATP エネルギーが必要です。

細胞内の膜ポンプを使用した能動輸送の結果、Mg 2- および Ca 2+ の濃度も調節されます。

イオンが細胞内に能動的に輸送される過程で、さまざまな糖、ヌクレオチド、アミノ酸が細胞膜を通過します。

タンパク質、核酸、多糖類、リポタンパク質複合体などの高分子は、イオンやモノマーとは異なり、細胞膜を通過しません。高分子、その複合体、粒子の細胞内への輸送は、エンドサイトーシスというまったく異なる方法で行われます。で エンドサイトーシス (エンドサイトーシス)- 内側）形質膜の特定の領域が細胞外物質を捕らえ、いわば包み込み、膜の陥入の結果として生じる膜液胞にそれを包みます。その後、そのような液胞はリソソームと結合し、その酵素が巨大分子をモノマーに分解します。

エンドサイトーシスの逆のプロセスは次のとおりです。 エキソサイトーシス (エキソサイトーシス)- 外）。そのおかげで、細胞は液胞や膿に囲まれた細胞内生成物や未消化の残留物を除去します。

ジリキ。小胞は細胞膜に近づき、細胞膜と融合し、その内容物が環境中に放出されます。このようにして、消化酵素、ホルモン、ヘミセルロースなどが除去されます。

したがって、生体膜は主として構造要素細胞は単に物理的な境界としてではなく、動的な機能面として機能します。物質の能動的な吸収、エネルギー変換、ATP 合成など、多くの生化学的プロセスが細胞小器官の膜上で行われます。

生体膜の機能次の：

それらは、細胞の内容物を外部環境から、また細胞小器官の内容物を細胞質から区切ります。

それらは、細胞内外への物質の輸送、細胞質から細胞小器官へ、またはその逆の輸送を確実に行います。

受容体として機能します（環境からの化学物質の受け取りと変換、細胞物質の認識など）。

それらは触媒です（膜に近い化学プロセスを提供します）。

エネルギー変換に参加します。