流体モザイクモデルとは何ですか？ - 生物学 - 2025

流体モザイクモデル細胞膜や生体膜の動的構造である状態を横方向に移動することができ、それらの異なる分子成分の存在流動こと。つまり、これらのコンポーネントは、以前は考えられていたように、動いているので静止していません。

このモデルは、S。Jonathan SingerとGarthによって提起されました。L.ニコルソンは1972年に、今日では科学界に広く受け入れられています。すべての細胞は、その構成と機能に特別な特徴を持つ細胞膜に含まれています。

図1.流体モザイクモデルの図。出典：LadyofHats Mariana Ruiz、翻訳Pilar Saenz、Wikimedia Commons経由

この膜は、細胞の限界を定義し、サイトゾル（または細胞内部）と外部環境との間に差異が存在できるようにします。さらに、細胞と外部との間の物質の交換を調節します。

真核細胞では、内膜は、ミトコンドリア、葉緑体、核膜、小胞体、ゴルジ体など、さまざまな機能を持つコンパートメントとオルガネラも定義します。

細胞膜の構造

一般性

細胞膜は、7〜9ナノメートルの厚さの水溶性分子およびイオンに対して不透過性の構造で構成されています。電子顕微鏡写真では、細胞の細胞質を囲む連続した細い二重線として観察されます。

膜はリン脂質二重層で構成され、その構造全体にタンパク質が埋め込まれ、表面に配置されています。

さらに、それは両方の表面（内部および外部）に炭水化物分子を含み、真核生物の動物細胞の場合、それはまた二重層の内部に散在するコレステロール分子を持っています。

リン脂質二重層

リン脂質は両親媒性分子であり、親水性の末端（水への末端）と、別の疎水性（水をはじく）を持っています。

細胞膜を構成するリン脂質二重層には、膜の内部に向かって配置された疎水性（無極性）鎖と、外部環境に向かって配置された親水性（極性）末端があります。

したがって、リン脂質のリン酸基の頭部は、膜の外面に露出しています。

外部環境と内部またはサイトゾルの両方が水性であることを忘れないでください。これは、水と相互作用するその極性部分と膜の内部マトリックスを形成するその疎水性部分を持つリン脂質二重層の配置に影響を与えます。

コレステロール

真核生物の動物細胞の膜では、コレステロール分子がリン脂質の疎水性尾部に埋め込まれています。

これらの分子は、原核細胞、原生生物、植物、真菌の膜には見られません。

一体型膜または膜貫通タンパク質

リン脂質二重層内に散在しているのは、内在性膜タンパク質です。

これらは、疎水性部分を介して非共有結合的に脂質二重層と相互作用し、それらの親水性末端を外部水性媒体に向かって配置します。

膜タンパク質の構成

それらは、膜内部に埋め込まれた折りたたまれた疎水性アルファらせんがあり、親水性部分が側面に伸びている、単純な棒状の構成を持つことができます。

それらはまた、より大きな構成、球状タイプ、および複雑な三次または四次構造を示すことができます。

後者は通常、脂質二重層を介してジグザグに配置された繰り返されるアルファヘリックスのセグメントで細胞膜を数回横断します。

膜の細孔

これらの球状タンパク質のいくつかは、親水性の内部部分を有しており、チャネルまたは細孔を形成し、それを通じて極性物質の交換が細胞の外側からサイトゾルへ、およびその逆に発生します。

周辺タンパク質

細胞膜の細胞質面の表面には、いくつかの不可欠なタンパク質の突出部分にリンクされている末梢膜タンパク質があります。

これらのタンパク質は、脂質二重層の疎水性コアに浸透しません。

炭水化物カバー

膜の両面に炭水化物分子があります。

特に、膜の外面は豊富な糖脂質を示します。炭水化物の短鎖も露出しており、糖タンパク質と呼ばれる突出したタンパク質部分に共有結合していることがわかります。

細胞膜流動性

飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸の比率

膜の流動性は、主に存在する飽和および不飽和脂肪酸リン脂質の比率に依存します。この膜の流動性は、飽和脂肪酸鎖のリン脂質の割合が不飽和のリン脂質に対して増加するにつれて低下します。

これは、飽和脂肪酸の長い鎖と単純な鎖の間の凝集が、不飽和脂肪酸の短い鎖と不飽和鎖の間の凝集と比較して大きいという事実によるものです。

その分子成分間の凝集力が大きいほど、膜は存在する流体が少なくなります。

コレステロール

コレステロール分子は、それらの堅いリングを介して脂質の炭化水素鎖と相互作用し、膜の剛性を高め、その透過性を減らします。

コレステロールの濃度が比較的高いほとんどの真核細胞の膜では、低温での炭素鎖の結合が妨げられます。これにより、低温での膜の凍結が可能になります。

特別な機能

さまざまな種類の細胞膜は、タンパク質や炭水化物の量と種類、および既存のさまざまな脂質に特殊性を示します。

これらの特殊性は特定の細胞機能に関連しています。

真核細胞と原核細胞の膜の間、およびオルガネラの膜の間には構成的な違いがあるだけでなく、同じ膜の領域の間にも違いがあります。

細胞膜機能

一般性

細胞膜は細胞の境界を定め、外部環境とは異なり、細胞質の安定した状態を維持できるようにします。これは、物質（水、イオン、代謝産物）の相互通過を能動的および受動的に制御することにより、細胞機能に必要な電気化学ポテンシャルを維持します。

また、細胞が膜上の化学受容体を介して外部環境からの信号に応答することを可能にし、細胞骨格フィラメントの固定部位を提供します。

真核細胞の場合、それはまた、特定の代謝機能を持つ内部コンパートメントとオルガネラの確立に参加します。

膜におけるタンパク質の機能

特定の機能を持つさまざまな膜タンパク質があり、その中で言及することができます：

• 化学反応を触媒する（加速する）酵素、
• シグナル伝達分子（ホルモンなど）の認識と結合に関与する膜受容体、
• 物質は膜を介してタンパク質を輸送します（細胞質に向かって、細胞質から細胞外に）。これらは、イオンの輸送により電気化学的勾配を維持します。

外側の炭水化物シェルの機能

炭水化物または糖脂質は、細胞同士の接着、および細胞膜と抗体、ホルモン、ウイルスなどの分子との認識および相互作用のプロセスに参加します。

参考文献

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