半透膜も「選択的に透過性」と呼ばれるには、いくつかの物質の通過を許すが、他の通過を防ぐ膜です。これらの膜は、天然または合成であり得る。
天然の膜はすべての生細胞の膜であり、天然の膜（セルロース）であるかどうかにかかわらず、合成膜はさまざまな用途のために合成された膜です。
半透膜の模式図（出典：AdamRędzikowski、Wikimedia Commons経由）
人工または合成の半透膜の有用性の例は、腎臓透析機に使用されるもの、または産業または異なる化学プロセスで混合物を濾過するために使用されるものです。
半透膜を通過する物質の通過は、さまざまなメカニズムによって発生します。細胞膜および合成膜では、これは、膜を横切る物質のサイズによって「選択」する、異なる直径の細孔を介した拡散によって発生する可能性があります。物質が拡散溶解によって膜に侵入することも起こり得る。
生細胞では、物質の濃度勾配に対抗して作用するトランスポーターによって、膜を通過する物質の通過が起こります。この場合の勾配は、膜の両側の物質の濃度の差です。
地球上のすべての細胞には膜があり、これらは内部環境を保護し、外部環境から分離します。膜がなければ細胞はなく、細胞がなければ生命はありません。
これらの膜は半透膜の最も一般的な例であるため、以下ではこれらに特に重点を置きます。
特徴
生体膜の成分を解明する最初の研究は、赤血球を使用して行われました。これらの研究では、膜を形成する二重層の存在が実証された後、これらの層の成分が脂質とタンパク質であることが発見されました。
すべての生体膜は、さまざまなタイプのタンパク質が「埋め込まれた」二重脂質マトリックスで構成されています。
細胞膜の脂質マトリックスは飽和および不飽和脂肪酸で構成されています。後者は膜に一定の流動性を与えます。
脂質は、親水性の頭部（水に親和性を持つ）と1つまたは2つの疎水性の尾（水恐怖症、水をはじく）を持つ各脂質が炭化水素の尾を持つ二重層を形成するように配置されます。構造の中心で向かい合っています。
リン脂質は、生体膜を構成する最も豊富な脂質です。これらには、ホスファチジルコリン、ホスファチジルイノシトール、ホスファチジルエタノールアミン、およびホスファチジルセリンが含まれます。
半透過性生体膜の例（出典：Wikimedia Commons経由のLadyofHats）
膜脂質の中にはコレステロールと糖脂質もあり、それらはすべて両親媒性の性質を持っています。
半透膜のタンパク質にはいくつかの種類があります（これらのいくつかには酵素活性がある場合があります）：
（1）イオンチャネルまたは細孔を形成するもの
（2）トランスポータータンパク質
（3）ある細胞領域を別の細胞領域に結合させ、組織を形成させるタンパク質
（4）細胞内カスケードに結合する受容体タンパク質
輸送
半透性生体膜では、輸送は、単純な拡散、促進拡散、共輸送、能動輸送、および二次能動輸送によることができます。
単純な拡散輸送
このタイプの輸送では、物質を膜を通して移動させるエネルギーは、膜の両側にあるそれらの物質に存在する濃度の差です。
したがって、物質は、より→より少ない意味で、つまり、それらがより集中している場所からより集中していない場所へと通過します。
物質が膜で希釈されるか、細孔またはチャネルを通過するため、拡散が発生する可能性があります。細孔またはチャネルには、常に開いているものと、開閉しているもの、つまり一時的に開いているものの2種類があります。
次に一時的に開いている細孔は、（1）電圧依存、つまり特定の電圧に応答して開く、および（2）開くには特定の化学物質に結合する必要のあるリガンド依存性である可能性があります。
促進拡散による輸送
この場合、トランスポーターが輸送される物質を膜の片側から反対側に移動します。これらのトランスポーターは膜タンパク質であり、膜上または小胞内に恒久的に存在し、必要に応じて膜に融合します。
これらのトランスポーターは、輸送する物質の濃度勾配にも有利に働きます。
これらのタイプの輸送は、エネルギー消費を必要としないため、濃度勾配を優先して発生するため、受動輸送と呼ばれます。
共同輸送
半透膜を通過する別のタイプの受動輸送は、共輸送と呼ばれます。この場合、ある物質の濃度勾配は、その勾配に対する別の物質の同時輸送に使用されます。
このタイプの輸送には2つの形式があります。2つの物質が同じ方向に輸送されるsymportと、一方の物質が一方の方向に、もう一方が反対方向に輸送されるアンチスポーツです。
アクティブな膜輸送
これらはエネルギーを必要とし、既知のものはATPを使用するため、ATPaseと呼ばれています。酵素活性を持つこれらのトランスポーターは、ATPを加水分解して、濃度勾配に対する物質の移動に必要なエネルギーを得ます。
3種類のATPaseが知られています。
Na + / K +ポンプおよびカルシウムポンプ（カルシウムATPase）。これらは、膜内に埋め込まれたαおよびβサブユニットによって形成される構造を持っています。
ATPases VとATPases Fは、いくつかのサブユニットとステムサブユニットの周りを回転するヘッドで構成される特徴的なステム形状を持っています。
ATPases Vは、例えば、胃やリソソーム内で、濃度勾配に逆らって水素イオンを送り出す働きをします。ドーパミン作動性のようないくつかの小胞では、H +を小胞に送り込むこのタイプの水素爆弾があります。
F ATPaseはH +勾配を利用するため、構造を移動してADPとPを取り、ATPを形成します。つまり、ATPを加水分解する代わりに、ATPを合成します。これらはミトコンドリアの膜にあります。
セカンダリアクティブトランスポート
ATPaseによって生成された電気化学的勾配を利用して、勾配に対して別の物質を引きずることがその輸送です。すなわち、その濃度勾配に対する第2の物質の輸送は、輸送分子によるATPの使用に直接結びついていない。
特徴
生細胞では、半透膜の存在により、細胞外環境における同じ物質の濃度とは完全に異なる物質の濃度をその中に維持することが可能になります。
ただし、これらの濃度差と特定の物質の開いたチャネルまたは細孔にもかかわらず、これらの分子は、特定の条件が必要または変更されない限り、脱出または侵入しません。
この現象の理由は、膜全体の濃度の差を拡散性イオンによって生成される電気勾配で補う電気化学平衡があり、これは一部の物質が細胞内に出られないために発生します。 。
参考文献
- アルバーツ、B。、デニス、B。、ホプキン、K。、ジョンソン、A。、ルイス、J。、ラフ、M。、…ウォルター、P。（2004）。Essential Cell Biology。アビンドン：Garland Science、Taylor&Francis Group。
- アルバーツ、B。、ジョンソン、A。、ルイス、J。、ラフ、M。、ロバーツ、K。、およびウォルター、P。（2008）。細胞の分子生物学（第5版）。ニューヨーク：Garland Science、Taylor&Francis Group。
- Berne、R.&Levy、M.（1990）。生理。モスビー; 国際版。
- Fox、SI（2006）。人間生理学（第9版）。アメリカ、ニューヨーク：McGraw-Hill Press。
- Luckey、M.（2008）。膜構造生物学：生化学的および生物物理学的基盤を備えています。ケンブリッジ大学出版局。