原形質膜、細胞膜、原形質膜または細胞質膜、そのアーキテクチャの必須成分であり、細胞を囲み、区切り脂質構造です。生体膜は、ある構造をその外面で包み込む性質を持っています。その主な機能は、バリアとして機能することです。
さらに、出入りできる粒子の通過を制御します。膜タンパク質は、非常に厳しいゲートキーパーの「分子ゲート」として機能します。膜の組成は、細胞認識にも役割を果たします。
構造的に、それらは自然に配置されたリン脂質、タンパク質、および炭水化物で構成された二重層です。同様に、リン脂質は頭と尾を持つ蛍光体を表します。尾は水に不溶性の炭素鎖で構成され、これらは内側にグループ化されています。
代わりに、頭部は極性があり、水性の細胞環境を与えます。膜は非常に安定した構造です。それらを維持する力は、それらを構成するリン脂質の中で、ファンデルワールスの力です。これにより、細胞の端をしっかりと囲むことができます。
しかし、それらはまた非常にダイナミックで流動的です。膜の特性は、分析する細胞の種類によって異なります。たとえば、赤血球は血管を移動するために弾力性がなければなりません。
対照的に、ニューロンでは、膜（ミエリン鞘）は、神経インパルスの効率的な伝導を可能にするために必要な構造を持っています。
一般的な特性
Wikimedia CommonsのJpablo cadによる
膜は非常に動的な構造であり、細胞の種類とその脂質の組成によって大きく異なります。メンブレンは、これらの特性に従って次のように変更されます。
膜流動性
膜は静的な実体ではなく、流体のように動作します。構造の流動性の程度は、脂質組成や膜がさらされる温度など、いくつかの要因に依存します。
炭素鎖に存在するすべての結合が飽和すると、膜はゲルのように振る舞う傾向があり、ファンデルワールス相互作用が安定します。逆に二重結合があると相互作用が小さくなり流動性が高まります。
また、炭素鎖の長さに影響があります。長くなるほど、隣人との相互作用が多くなり、流暢さが増します。温度が上がると、膜の流動性も上がります。
コレステロールは流動性の調節に不可欠な役割を果たし、コレステロール濃度に依存します。キューが長い場合、コレステロールはその固定剤として機能し、流動性を低下させます。この現象は、通常のコレステロール値で発生します。
コレステロール値が低下すると、効果が変化します。脂質の尾と相互作用することにより、それが引き起こす影響はそれらの分離であり、流動性を低下させます。
曲率
流動性と同様に、膜の曲率は、特定の各膜を構成する脂質によって決まります。
曲率は、脂質の頭と尾のサイズに依存します。長い尾と大きな頭を持つものは平らです。頭が比較的小さいものは、前のグループよりもはるかに曲がる傾向があります。
この特性は、とりわけ、膜排出現象、小胞形成、微絨毛において重要です。
脂質分布
各膜を構成する2つの「シート」は、それが二重層であることを忘れないでください-内部の脂質の組成が同じではありません。このため、分布は非対称であると言われています。この事実には重要な機能上の影響があります。
特定の例は、赤血球の原形質膜の組成である。これらの血液細胞では、スフィンゴミエリンとホスファチジルコリン（比較的流動性の高い膜を形成）が細胞の外側に面しています。
より流動的な構造を形成する傾向がある脂質は、細胞質ゾルに面しています。このパターンの後にはコレステロールが続きません。コレステロールは、両方の層に多かれ少なかれ均一に分布しています。
特徴
各細胞型の膜の機能は、その構造と密接に関連しています。ただし、基本的な機能は果たします。
生体膜は細胞環境の境界を定めます。同様に、細胞内には膜状の区画があります。
たとえば、ミトコンドリアと葉緑体は膜に囲まれており、これらの構造はこれらのオルガネラで発生する生化学反応に関与しています。
膜は細胞内への物質の通過を調節します。この障壁のおかげで、必要な材料が受動的または能動的に（ATPの必要性とともに）入ることができます。また、不要物や有毒物質の侵入はありません。
膜は、浸透と拡散のプロセスを通じて、細胞のイオン組成を適切なレベルに維持します。水はその濃度勾配に応じて自由に流れることができます。塩と代謝物は特定のトランスポーターを持ち、細胞のpHも調節します。
膜の表面にタンパク質とチャネルが存在するおかげで、隣接する細胞が相互作用して物質を交換することができます。このようにして、細胞が結合し、組織が形成されます。
最後に、膜はかなりの数のシグナル伝達タンパク質を収容し、とりわけホルモン、神経伝達物質との相互作用を可能にします。
構造と構成
膜の基本的な構成要素はリン脂質です。これらの分子は両親媒性であり、極性ゾーンと無極性ゾーンがあります。極性はそれらが水と相互作用することを可能にしますが、尾は疎水性の炭素鎖です。
これらの分子の会合は、二重層で自然に起こり、疎水性の尾が互いに相互作用し、頭が外側を向いています。
小動物の細胞では、10 9分子の信じられないほど多くの脂質が見つかります。膜の厚さは約7 nmです。ほとんどすべての膜の疎水性内部コアは、3〜4 nmの厚さを占めます。
流体モザイクパターン
生体膜の現在のモデルは、「流体モザイク」として知られており、1970年代に研究者のシンガーとニコルソンによって策定されました。モデルは、膜が脂質だけでなく炭水化物やタンパク質からも作られていることを提案しています。モザイクという用語は、この混合物を指します。
細胞の外側に面する膜の面は、細胞外面と呼ばれます。対照的に、内面は細胞質です。
この同じ命名法は、細胞小器官を構成する生体膜にも当てはまりますが、この場合の細胞外表面は細胞の内側ではなく外側を指している点が異なります。
膜を構成する脂質は静的ではありません。これらは、構造を通して特定の領域である程度の自由度で移動する機能を持っています。
膜は脂質の3つの基本的なタイプで構成されています。ホスホグリセリド、スフィンゴ脂質、ステロイド。すべてが両親媒性分子です。以下に、各グループについて詳しく説明します。
脂質の種類
ホスホグリセリドで構成される最初のグループは、グリセロール-3-リン酸に由来します。疎水性の尾部は、2つの脂肪酸鎖で構成されています。鎖の長さは可変です。炭素数は16〜18です。それらは炭素間に単結合または二重結合を持つことができます。
このグループの細分類は、彼らが提示する頭のタイプによって与えられます。ホスファチジルコリンが最も豊富で、頭にはコリンが含まれています。他のタイプでは、エタノールアミンやセリンなどの異なる分子がリン酸基と相互作用します。
ホスホグリセリドの別のグループはプラズマローゲンです。脂質鎖はエステル結合によってグリセロールにリンクされています。次に、エーテル結合を介してグリセロールにリンクされた炭素鎖があります。それらは心臓と脳にかなり豊富です。
スフィンゴ脂質はスフィンゴシンに由来します。スフィンゴミエリンは豊富なスフィンゴ脂質です。糖脂質は糖でできた頭でできています。
膜を構成する脂質の3番目で最後のクラスはステロイドです。それらは、炭素で作られたリングであり、4つのグループで結合されています。コレステロールは膜に存在するステロイドであり、特に哺乳動物や細菌のステロイドには豊富に含まれています。
脂質ラフト
真核生物の膜には、コレステロールとスフィンゴ脂質が濃縮されている特定の領域があります。これらのドメインは、脂質ラフトとしても知られています。
これらの領域内には、細胞シグナル伝達を機能とするさまざまなタンパク質も含まれています。脂質成分は、ラフトのタンパク質成分を調節すると考えられています。
膜タンパク質
一連のタンパク質が原形質膜内に固定されています。これらは一体であるか、脂質に固定されているか、または末梢に位置することができます。
積分は膜を通過します。したがって、すべてのコンポーネントと相互作用するためには、親水性と疎水性のタンパク質ドメインが必要です。
脂質に固定されているタンパク質では、炭素鎖は膜のいずれかの層に固定されています。タンパク質は実際には膜に入りません。
最後に、周辺機器は膜の疎水性ゾーンと直接相互作用しません。むしろ、それらは内在性タンパク質または極性頭部によって結合することができます。それらは膜の両側に配置できます。
各膜のタンパク質のパーセンテージは大きく異なります。ニューロンでの20％からミトコンドリア膜での70％までです。そこで発生する代謝反応を実行するには大量のタンパク質要素が必要なためです。
参考文献
- クラフト、ML（2013）。原形質膜の組織と機能：脂質ラフトを通過する。細胞の分子生物学、24（18）、2765-2768。
- Lodish、H.（2002）。細胞の分子生物学。第4版。ガーランド科学
- Lodish、H.（2005）。細胞生物学。Panamerican Medical Ed。
- ロンバード、J（2014）。むかしむかし、細胞膜：175年の細胞境界研究。生物学直接、9（1）、32。
- ティボドー、ジョージア州、パットン、KT、およびハワード、K。（1998）。構造と機能。エルゼビアスペイン。