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細胞膜–細胞膜または細胞質膜とも呼ばれる–は、生物学の世界で最も魅力的でエレガントな構造物です。セルは、地球上のすべての生物の基本単位または「ビルディングブロック」と見なされます。あなた自身の身体には何兆ものそれらがあり、異なる器官や組織の異なる細胞は、これらの細胞からなる組織の機能と絶妙に相関する異なる構造を持っています。
細胞の核は、生物の次の世代に情報を伝えるために必要な遺伝物質を含むため、多くの場合最も注目を集めますが、細胞膜は文字通りゲートキーパーであり、細胞の内容の守護者です。しかし、単なるコンテナや障壁から遠く離れて、膜は効率的で疲れのない輸送メカニズムにより細胞平衡または内部バランスを維持するように進化しており、膜を一種の微視的な慣習の公式にし、イオンの出入りを許可および拒否します細胞のリアルタイムのニーズに応じた分子。
ライフスペクトル全体の細胞膜
すべての生物は何らかの細胞膜を持っています。これには、ほとんどが細菌であり、地球上で最も古い生物種の一部を表すと考えられている原核生物、および動植物を含む真核生物が含まれます。原核細菌と真核植物の両方は、追加の保護のために細胞膜の外側に細胞壁を持っています。植物では、この壁には毛穴があり、通過できるものとできないものに関して特に選択的ではありません。さらに、真核生物は、細胞全体を取り囲むような膜に囲まれた核やミトコンドリアなどの細胞小器官を持っています。原核生物には核さえありません。それらの遺伝物質は、細胞質全体にいくぶん密に分散しています。
かなりの分子的証拠は、真核細胞が原核細胞から派生し、進化のある時点で細胞壁を失うことを示唆しています。これにより、個々のセルがto辱に対してより脆弱になりましたが、プロセスの中でより複雑になり、幾何学的に拡大することもできました。実際、真核細胞は原核細胞の10倍の大きさになる可能性があります。これは、定義上、単一の細胞が原核生物の全体であるという事実によってさらに顕著になりました。 （一部の真核生物も単細胞です。）
細胞膜構造
細胞膜は、主にリン脂質で構成される二重層構造（「流体モザイクモデル」とも呼ばれます）で構成されています。これらの層の1つは細胞の内部または細胞質に面しており、もう1つの層は外部環境に面しています。外向きと内向きの側面は、「親水性」と見なされるか、水環境に引き付けられます。内側の部分は「疎水性」であるか、水の環境によってはじかれます。隔離すると、細胞膜は体温では液体ですが、温度が低いとゲルのような粘稠度を取ります。
二重層の脂質は、細胞膜の総質量の約半分を占めています。コレステロールは植物のどこにも見られないため、コレステロールは動物細胞の脂質の約5分の1を占めていますが、植物細胞ではそうではありません。膜の残りの大部分は、多様な機能を持つタンパク質によって説明されています。ほとんどのタンパク質は膜自体のような極性分子であるため、親水性末端は細胞外部に突き出ており、疎水性末端は二重層の内部を指しています。
これらのタンパク質の一部には糖鎖が付いており、糖タンパク質になっています。膜タンパク質の多くは、二重層を通過する物質の選択的輸送に関与しています。これは、タンパク質チャネルを膜に形成するか、膜を物理的に往復させることにより可能です。他のタンパク質は細胞表面の受容体として機能し、化学シグナルを運ぶ分子の結合部位を提供します。これらのタンパク質は、この情報を細胞の内部に伝えます。さらに他の膜タンパク質は、細胞膜自体に特有の反応を触媒する酵素として作用します。
細胞膜機能
細胞膜の重要な側面は、一般的な物質に対して「防水」または不透過性ではないことです。どちらかだと、セルは死んでしまいます。細胞膜の主な仕事を理解する鍵は、それが 選択的透過性。類推：地球上のほとんどの国が人々が国境を越えて旅行することを完全に禁止していないように、世界中の国は誰でも誰でも入ることを許していない。細胞膜は、これらの国々の政府が行うことをはるかに小さい規模で試みます。内部またはセルに有毒または破壊的であると証明される可能性のあるエンティティへの侵入を禁止しながら、望ましいエンティティが「吟味」された後にセルに入ることを許可します全体。
全体として、膜は正式な境界として機能し、農場のフェンスが家畜を歩き回らせたり混ぜたりするのと同じように、セルのさまざまな部分を一緒に保持します。最も容易に出入りできる分子の種類を推測する必要がある場合、これは本質的に体全体が行うことを考えると、それぞれ「燃料源」と「代謝廃棄物」と言うことができます。そして、あなたは正しいでしょう。気体酸素（O2）、気体二酸化炭素（CO2）、および水（H2O）、膜を自由に通過できますが、アミノ酸や糖などの大きな分子の通過は厳しく制御されています。
脂質二重層
細胞膜二重層を構成する、ほぼ普遍的に「リン脂質」と呼ばれる分子は、より適切には「グリセロリン脂質」と呼ばれます。それらは、一方の側にある2つの長い脂肪酸と、もう一方の側にあるリン酸基に結合した、3炭素のアルコールであるグリセロール分子で構成されています。これにより、分子は、幅の広いシートの一部であるという仕事に適した長い円筒形になります。これは、膜二重層の単一層が断面で似ているものです。
グリセロリン脂質のリン酸塩部分は親水性です。特定の種類のリン酸基は分子ごとに異なります。例えば、窒素含有成分を含むホスファチジルコリンであり得る。水と同じように不均一な電荷の分布（つまり極性）を持っているため、親水性です。したがって、2つは非常に微細な四分の一で「仲良くなります」。
膜内部の脂肪酸は、構造のどこにも電荷の不均一な分布がないため、非極性であるため疎水性です。
リン脂質の電気化学的特性のため、リン脂質二重層配置は、作成または維持するためのエネルギーの入力を必要としません。実際、水に入れたリン脂質は、液体が「自分のレベルを求める」のとほぼ同じ方法で自発的に二重層構造をとる傾向があります。
細胞膜輸送
細胞膜は選択的に透過性であるため、一方の側から他方の側まで、いくつかの大きな物質と小さな物質を取得する手段を提供する必要があります。川や水域を横断する方法を考えてください。フェリーに乗るかもしれません。微風に乗って漂流するだけの場合もあれば、安定した川や海流によって運ばれる場合もあります。そして、そもそも水域を横切っているのは、あなたの側の人々の集中力が高すぎて、他の人の集中力が低すぎて、物事を均等にする必要があるためです。
これらの各シナリオは、分子が細胞膜を通過する方法の1つ以上と何らかの関係を持っています。これらの方法は次のとおりです。
単純な拡散： このプロセスでは、分子は単純に二重膜を通ってドリフトし、細胞に出入りします。ここで重要なのは、ほとんどの状況で分子が濃度勾配を下って移動することです。つまり、分子は高濃度の領域から低濃度の領域に自然に移動します。ペンキの缶をプールの真ん中に注ぐと、ペンキ分子の外側への動きは、単純な拡散の形になります。このようにして細胞膜を通過できる分子は、ご想像のとおり、Oなどの小分子です。2 およびCO2.
浸透： 浸透は、水に溶けた粒子の動きが不可能なときに水の動きを引き起こす「吸い込み圧力」として説明されるかもしれません。これは、膜が水を通過させるが、問題の溶解粒子（「溶質」）は通過させない場合に発生します。駆動力は再び濃度勾配です。これは、局所環境全体が、単位水あたりの溶質の量が全体を通して同じである平衡状態を「求める」ためです。水透過性で溶質不透過性の膜の片側に他の溶質粒子よりも多くの溶質粒子がある場合、水はより高い溶質濃度の領域に流れます。つまり、粒子が動いても水中の濃度を変えることができない場合、水自体が動いて、ほぼ同じ仕事を達成します。
促進された拡散： 繰り返しますが、このタイプの膜輸送では、粒子が高濃度の領域から低濃度の領域に移動します。ただし、単純な拡散の場合とは異なり、分子はグリセロリン脂質分子間の空間を単にドリフトするのではなく、特殊なタンパク質チャネルを介して細胞に出入りします。川を流れ落ちるものが岩の間の通路に突然現れると何が起こるかを見たことがあるなら、この通路にいる間、オブジェクト（おそらく、インナーチューブの友人！）がかなり高速になることがわかります。タンパク質チャネルを使用しています。これは、極性分子または電荷分子で最も一般的です。
アクティブ輸送： 前述の膜輸送のタイプはすべて、濃度勾配を下る動きを伴います。ただし、場合によっては、ボートが上流に移動し、車が丘を登らなければならないように、物質は濃度勾配に逆らって移動します。これはエネルギー的に好ましくない状況です。結果として、プロセスは外部ソースによって駆動されなければならず、この場合、そのソースはアデノシン三リン酸（ATP）であり、これは顕微鏡の生物学的取引のための広範な燃料です。このプロセスでは、3つのリン酸基の1つがATPから除去されてアデノシン二リン酸（ADP）と遊離リン酸が生成され、リン酸-リン酸結合の加水分解によって解放されたエネルギーを使用して分子が勾配を「ポンピング」され、膜を横切って。
アクティブトランスポートは、間接的または二次的に発生する場合もあります。たとえば、膜ポンプは、ナトリウムをその濃度勾配を横切って膜の一方の側から他方の側に移動させ、セルの外に出すことができます。ナトリウムイオンが逆方向に拡散して戻ってくると、グルコース分子を運んで、その分子自身の濃度勾配に逆らう可能性があります（通常、グルコース濃度は細胞の外側のほうが内側よりも高くなります）。グルコースの動きはその濃度勾配に反するため、これは能動輸送ですが、ATPは直接関与しないため、これは例です 二次 アクティブな輸送。