原形質膜：定義、構造および機能（図付き）

原形質膜は、細胞の内部を取り囲む保護バリアです。 とも呼ばれます 細胞膜、この構造は半多孔性であり、特定の分子をセルに出し入れすることができます。 セルの内容物を内部に保持し、それらがこぼれるのを防ぐことにより、境界として機能します。

どちらも 原核細胞と真核細胞 原形質膜がありますが、膜は生物によって異なります。 一般的に、原形質膜はリン脂質とタンパク質で構成されています。

リン脂質 原形質膜のベースを形成します。 リン脂質の基本構造には、 疎水性 （水を恐れる）しっぽと 親水性 （水を愛する）頭。 リン脂質は、グリセロールと負に帯電したリン酸基で構成されており、どちらも頭部を形成し、2つの脂肪酸は電荷を帯びていません。

頭には2つの脂肪酸がつながっていますが、それらは1つの「尾」としてまとめられています。 これらの親水性および疎水性の末端は、 二分子膜 原形質膜で形成する。 二重層には2層のリン脂質があり、尾が内側に、頭が外側に配置されています。

ザ・ 流動モザイクモデル 細胞膜の機能と構造を説明します。

まず、膜はリン脂質やタンパク質などの異なる分子を内部に持っているため、モザイクのように見えます。 第二に、分子が動くことができるので、膜は流動的です。 モデル全体は、膜が剛性ではなく、変化する可能性があることを示しています。

細胞膜は動的であり、その分子は急速に動くことができます。 細胞 特定の物質の分子の数を増減することにより、膜の流動性を制御できます。

さまざまな脂肪酸がリン脂質を構成する可能性があることに注意することが重要です。 2つの主なタイプは 飽和 そして 不飽和 脂肪酸。

飽和脂肪酸は二重結合を持たず、代わりに炭素との水素結合の最大数を持っています。 飽和脂肪酸には単結合しか存在しないため、リン脂質を簡単に密に詰めることができます。

一方、不飽和脂肪酸は炭素間に二重結合があるため、一緒に詰めるのが難しくなります。 それらの二重結合は鎖にねじれを作り、原形質膜の流動性に影響を与えます。 二重結合は、膜内のリン脂質間のスペースを増やすため、一部の分子はより簡単に通過できます。

飽和脂肪は室温で固体である可能性が高く、不飽和脂肪酸は室温で液体です。 あなたが台所で持っているかもしれない飽和脂肪の一般的な例はバターです。

不飽和脂肪の例は液体油です。 水素化は、液体の油をマーガリンのような固体に変えることができる化学反応です。 部分水素化は、油分子の一部を飽和脂肪に変えます。

•••ダナ・チェン| 科学

不飽和脂肪は、シス不飽和脂肪とトランス不飽和脂肪の2つのカテゴリに分類できます。 シス不飽和脂肪は、二重結合の同じ側に2つの水素を持っています。

しかしながら、 トランス不飽和脂肪 二重結合の反対側に2つの水素があります。 これは分子の形状に大きな影響を与えます。 シス不飽和脂肪と飽和脂肪は自然に発生しますが、トランス不飽和脂肪はラボで作成されます。

近年、トランス脂肪を食べることに関連する健康上の懸念について聞いたことがあるかもしれません。 トランス不飽和脂肪とも呼ばれる食品メーカーは、部分的な水素化によってトランス脂肪を生成します。 研究は人々が持っていることを示していません 酵素 トランス脂肪を代謝するために必要であるため、それらを食べると心血管疾患や糖尿病を発症するリスクが高まる可能性があります。

コレステロールは、原形質膜の流動性に影響を与えるもう1つの重要な分子です。

コレステロールは ステロイド それは膜で自然に起こります。 それは4つの結合した炭素環と短い尾を持ち、原形質膜全体にランダムに広がっています。 この分子の主な機能は、リン脂質が互いに離れすぎないように、リン脂質を一緒に保持するのを助けることです。

同時に、コレステロールはリン脂質間に必要な間隔を提供し、重要なガスが通過できないほど密に詰まるのを防ぎます。 本質的に、コレステロールは細胞を出入りするものを調節するのを助けることができます。

オメガ3などの必須脂肪酸は原形質膜の一部を構成し、流動性にも影響を与える可能性があります。 脂肪の多い魚、オメガ-3などの食品に含まれています 脂肪酸 あなたの食事療法の重要な部分です。 あなたがそれらを食べた後、あなたの体はそれらを細胞膜に組み込むことによって細胞膜にオメガ-3を加えることができます リン脂質 二分子膜。

オメガ3脂肪酸は、膜のタンパク質活性に影響を与え、遺伝子発現を変化させる可能性があります。

原形質膜にはさまざまな種類のタンパク質があります。 このバリアの表面にあるものもあれば、内部に埋め込まれているものもあります。 タンパク質は、細胞のチャネルまたは受容体として機能することができます。

内在性膜タンパク質 リン脂質二重層の内側にあります。 それらのほとんどは膜貫通タンパク質です。つまり、それらが突き出ているため、それらの一部が二重層の両側に見えます。

一般に、内在性タンパク質は、ブドウ糖などのより大きな分子の輸送を助けます。 他の内在性タンパク質は、イオンのチャネルとして機能します。

これらのタンパク質は、リン脂質に見られるものと同様の極性領域と非極性領域を持っています。 一方、末梢タンパク質は位置しています 表面上 リン脂質二重層の。 時にはそれらは内在性タンパク質に付​​着しています。

細胞は、構造を提供する細胞骨格と呼ばれるフィラメントのネットワークを持っています。 ザ・ 細胞骨格 通常、細胞膜の真下に存在し、細胞膜と相互作用します。 細胞骨格には原形質膜を支えるタンパク質もあります。

たとえば、動物細胞には、ネットワークとして機能するアクチンフィラメントがあります。 これらのフィラメントは、コネクタータンパク質を介して原形質膜に付着しています。 細胞は、構造的サポートと損傷を防ぐために細胞骨格を必要とします。

リン脂質と同様に、タンパク質には親水性領域と疎水性領域があり、細胞膜への配置を予測します。

たとえば、膜貫通タンパク質には親水性と疎水性の部分があるため、 疎水性部分は膜を通過し、の疎水性テールと相互作用することができます リン脂質。

原形質膜にはいくつかの炭水化物が含まれています。 糖タンパク質炭水化物が付着したタンパク質の一種である、が膜に存在します。 通常、糖タンパク質は内在性膜タンパク質です。 糖タンパク質の炭水化物は、細胞の認識に役立ちます。

糖脂質 炭水化物が付着した脂質（脂肪）であり、原形質膜の一部でもあります。 それらは、疎水性の脂質テールと親水性の炭水化物ヘッドを持っています。 これにより、リン脂質二重層と相互作用して結合することができます。

一般に、それらは膜を安定させるのを助け、受容体または調節因子として作用することによって細胞のコミュニケーションを助けることができます。

これらの炭水化物の重要な特徴の1つは、それらが次のように作用することです 識別タグ 細胞膜上で、これは免疫の役割を果たしています。 糖タンパク質と糖脂質からの炭水化物は、免疫系にとって重要な細胞の周りに糖衣を形成します。 細胞周囲マトリックスとも呼ばれる糖衣は、ぼやけた外観のコーティングです。

ヒトや細菌の細胞を含む多くの細胞には、このタイプのコーティングが施されています。 人間の場合、糖衣はそれぞれの人に固有です。 遺伝子、免疫システムはコーティングを識別システムとして使用できます。 あなたの免疫細胞はあなたに属するコーティングを認識することができ、あなた自身の細胞を攻撃することはありません。

原形質膜には、 交通手段 分子と細胞間コミュニケーションの。 膜は砂糖を許可します、 イオン, アミノ酸、水、ガス、その他の分子がセルに出入りします。 それはこれらの物質の通過を制御するだけでなく、いくつが動くことができるかを決定します。

分子の極性は、分子が細胞に出入りできるかどうかを判断するのに役立ちます。

例えば、 無極性 分子はリン脂質二重層を直接通過できますが、 極 通過するにはタンパク質チャネルを使用する必要があります。 無極性の酸素は二重層を通って移動できますが、糖はチャネルを使用する必要があります。 これにより、セル内外への材料の選択的な輸送が作成されます。

原形質膜の選択的透過性は、細胞により多くの制御を与えます。 この障壁を越える分子の動きは、2つのカテゴリーに分けられます。 受動輸送と能動輸送. 受動輸送では、細胞が分子を動かすためにエネルギーを使用する必要はありませんが、能動輸送では、 アデノシン三リン酸（ATP）.

拡散と 浸透 受動輸送の例です。 に 促進拡散、原形質膜のタンパク質は分子の動きを助けます。 一般に、受動輸送は、高濃度から低濃度への物質の移動を伴います。

たとえば、セルが高濃度の酸素に囲まれている場合、酸素は二重層を通ってセル内の低濃度に自由に移動できます。

能動輸送 細胞膜を横切って起こり、通常、この層に埋め込まれたタンパク質が関与します。 このタイプの輸送により、細胞は濃度勾配に逆らって作用することができます。つまり、細胞は物事を低濃度から高濃度に移動させることができます。

それはATPの形でエネルギーを必要とします。

原形質膜はまた、細胞間のコミュニケーションを助けます。 これは、表面に突き出ている膜の炭水化物を含む可能性があります。 それらは可能にする結合部位を持っています 細胞シグナル伝達. ある細胞の膜の炭水化物は、別の細胞の炭水化物と相互作用する可能性があります。

原形質膜のタンパク質もコミュニケーションを助けることができます。 膜貫通タンパク質は受容体として機能し、シグナル伝達分子に結合することができます。

シグナル伝達分子は大きすぎて細胞に入ることができない傾向があるため、タンパク質との相互作用は応答の経路を作成するのに役立ちます。 これは、シグナル分子との相互作用のためにタンパク質が変化し、一連の反応を開始したときに発生します。

場合によっては、細胞の膜受容体が生物に対して使用されて感染します。 たとえば、ヒト免疫不全ウイルス（HIV）は、細胞自身の受容体を使用して細胞に侵入し、感染する可能性があります。

HIV 細胞表面の受容体に適合する糖タンパク質の突起が外側にあります。 ウイルスはこれらの受容体に結合して内部に侵入する可能性があります。

細胞表面のマーカータンパク質の重要性の別の例は、ヒトに見られます 赤血球. 彼らはあなたがA、B、ABまたはOを持っているかどうかを判断するのに役立ちます 血液型. これらのマーカーは抗原と呼ばれ、あなたの体が自分の血球を認識するのを助けます。

真核生物 細胞壁がないので、原形質膜は物質が細胞に出入りするのを防ぐ唯一のものです。 しかしながら、 原核生物 と植物は両方を持っています 細胞壁 と原形質膜。 原形質膜のみの存在により、真核細胞はより柔軟になります。

原形質膜または細胞膜は、 保護被膜 真核生物と原核生物の細胞のために。 このバリアには細孔があるため、一部の分子は細胞に出入りすることができます。 リン脂質二重層は、細胞膜の基盤として重要な役割を果たしています。 また、膜にはコレステロールとタンパク質が含まれています。 炭水化物はタンパク質や脂質に付着する傾向がありますが、免疫と細胞コミュニケーションにおいて重要な役割を果たします。

細胞膜は 流体構造 それは動き、変化します。 埋め込まれた分子が異なるため、モザイクのように見えます。 原形質膜は、細胞のシグナル伝達と輸送を助けながら、細胞をサポートします。