細胞膜
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細胞膜は生細胞の細胞質を取り囲み、細胞内成分を細胞外環境から物理的に分離します。
細胞膜はまた、細胞骨格を固定して細胞に形を与えたり、組織を形成したりする役割も果たします.
菌類、バクテリア、ほとんどの古細菌、および植物にも細胞壁があり、
細胞を機械的に支え、より大きな分子の通過を妨げます。
細胞膜は選択的に透過性があり、細胞に出入りするものを調節できるため、生存に必要な物質の輸送が容易になります。
膜を横切る物質の移動は、細胞エネルギーの入力なしで発生する受動輸送、
または輸送に細胞がエネルギーを消費することを必要とする能動輸送のいずれかによって達成できます。
膜はまた、細胞電位を維持します。このように、
細胞膜は、特定のものだけが細胞内に出入りできるようにする選択的フィルターとして機能します。
細胞は、生体膜を含む多くの輸送メカニズムを採用しています。
1. 受動的な浸透と拡散:
二酸化炭素 (CO 2 ) や酸素 (O 2 ) などの一部の物質 (小分子、イオン) は、受動的な輸送プロセスである拡散によって原形質膜を横切って移動できます。膜は特定の分子やイオンのバリアとして機能するため、膜の両側で異なる濃度で発生する可能性があります。拡散は、メンブレンを平衡化するために、低分子とイオンが高濃度から低濃度に自由に移動するときに発生します。
エネルギーを必要とせず、膜の両側で作成される濃度勾配によって推進されるため、受動輸送プロセスと見なされます。29半透膜を横切るこのような濃度勾配は、水の浸透流を設定します。 生物学的システムにおける浸透は、溶媒が濃度勾配とともに移動し、
エネルギーを必要としないため、受動拡散と同様に半透膜を通って移動する溶媒を伴います。
水はセル内で最も一般的な溶媒ですが、他の液体や超臨界液体や気体の場合もあります。30 2.膜貫通タンパク質チャネルとトランスポーター:
膜貫通タンパク質は、膜の脂質二重層を通って伸びます。それらは膜の両側で機能し、膜を横切って分子を輸送します。31糖やアミノ酸などの栄養素は細胞に入る必要があり、特定の代謝産物は細胞から出なければなりません。このような分子は、促進された拡散でアクアポリンなどのタンパク質チャネルを介して受動的に拡散するか、膜貫通トランスポーターによって膜を横切ってポンプで送られます。パーミアーゼとも呼ばれるタンパク質チャネルタンパク質、通常は非常に特異的であり、限られた種類の化学物質のみを認識して輸送します。多くの場合、単一の物質に限定されます。膜貫通タンパク質の別の例は、細胞シグナル伝達分子が細胞間で通信できるようにする細胞表面受容体です。31 3.エンドサイトーシス:
エンドサイトーシスは、細胞が分子を飲み込むことによって分子を吸収するプロセスです。原形質膜は、陥入と呼ばれる内側への小さな変形を作成します。この変形では、輸送される物質が捕捉されます。この陥入は、細胞膜の外側にあるタンパク質によって引き起こされ、受容体として機能し、最終的に膜のサイトゾル側により多くのタンパク質と脂質の蓄積を促進するくぼみにクラスター化します。32次に、細胞の内側の膜から変形がはがれ、捕捉された物質を含む小胞が作成されます。エンドサイトーシスは、固体粒子 (「細胞を食べる」または食作用)、小分子およびイオン (「細胞を飲む」またはピノサイトーシス) を内在化するための経路です。)、および高分子。エンドサイトーシスはエネルギーを必要とするため、能動輸送の一形態です。 4.エキソサイトーシス:
小胞の陥入と形成によって材料が細胞内に持ち込まれるのと同じように、小胞の膜は原形質膜と融合し、その内容物を周囲の培地に押し出すことができます。これがエキソサイトーシスのプロセスです。エキソサイトーシスは、さまざまな細胞で起こり、エンドサイトーシスによって持ち込まれた物質の未消化残留物を除去し、ホルモンや酵素などの物質を分泌し、細胞バリアを完全に越えて物質を輸送します。エキソサイトーシスの過程で、未消化の廃棄物を含む食胞またはゴルジ装置から出芽した分泌小胞、最初に細胞骨格によって細胞の内部から表面に移動します。小胞膜は原形質膜と接触します。2 つの二重層の脂質分子が再配置され、2 つの膜が融合します。融合した膜には通路が形成され、小胞は内容物を細胞外に排出します。
脂質二重層
黄色で示されたの極性の頭部が、水性の細胞質と外部環境から灰色で示された疎水性の尾部を分離している。
細胞膜は通常脂質二重層と呼ばれる構造をつくっている。脂質二重層は自己集合によって形成される。細胞膜を構成する主要な成分であるリン脂質には頭部と尾部があるが、頭部はコリン、リン酸からなり、親水性である。一方、尾部は炭化水素からなり、疎水性である。そのため極性を持つ体液中では尾部を内側に、頭部を外側にするようにリン脂質が二重の膜を形成する。疎水的相互作用 (疎水効果) が脂質二重層形成の主な駆動力である。疎水的な分子間の相互作用が増加し、疎水的な領域が集合すると、水分子はより自由に互いに結合するようになり、系全体のエントロピーは増加する。この複雑な相互作用には、ファンデルワールス力、静電的相互作用、水素結合などの非共有結合的な相互作用が含まれる。