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細胞膜

細胞膜(細胞膜、内膜を含む)は、一部の例外を除き、グリセロール、リン酸基、2本の脂肪酸鎖からなる分子であるグリセロリン脂質でできています。グリセロールは炭素数3の分子で、膜脂質の骨格として機能しています。このページではヒトの細胞膜について述べます。

グリセロールの構造式

細胞膜(形質膜)は、細胞の細胞質を取り囲む半透性の薄い膜です。その機能は、特定の物質を細胞内に入れ、他の物質を排除することで、細胞内部の完全性を保護することである。細胞膜は細胞を支え、その形状を維持する役割も果たしているのです。細胞膜は、細胞質を包み込む多面的な膜である。細胞の完全性を保護するとともに、細胞を支え、細胞の形状を維持するのに役立っている。
細胞膜の主な構成要素は、タンパク質と脂質である。タンパク質と脂質の正確な組み合わせや比率は、特定の細胞の機能に応じて変化する。
リン脂質は、細胞膜の重要な構成要素である。リン脂質は自発的に配列して脂質二重層を形成し、特定の物質だけが膜を通過して細胞内に拡散する半透膜となる。
細胞膜と同様に、細胞小器官も膜に囲まれているものがある。核やミトコンドリアなどがその例である。
膜のもう一つの機能は、エンドサイトーシスエキソサイトーシスのバランスによって細胞の成長を調節することである。エンドサイトーシスでは、物質が細胞内に取り込まれる際に、脂質やタンパク質が細胞膜から取り除かれる。エクソサイトーシスでは、脂質やタンパク質を含んだ小胞が細胞膜と融合し、細胞が大きくなる。動物細胞、植物細胞、原核細胞、真菌細胞は細胞膜を持つ。また、内部の小器官も膜に包まれている。

細胞膜の構造

細胞膜の詳細なモデル図

細胞膜は、主にタンパク質と脂質の組み合わせで構成されています。脂質が膜の20〜80%を占め、残りはタンパク質です。脂質は膜に柔軟性を与える役割を果たし、タンパク質は細胞内の化学的環境を監視・維持し、膜上での分子の移動を助ける役割を果たしています。

リン脂質

細胞膜の脂質二重構造と親水基疎水基

リン脂質は、細胞膜の主要な構成要素です。リン脂質は脂質二重層を形成しており、親水性(水に引き寄せられる)の頭部は細胞質や細胞外液に向かって自発的に配列し、疎水性(水に反発する)の尾部は細胞質や細胞外液から遠ざかる脂質二重膜の内部に向いています。脂質二重層は半透膜となっており、特定の分子だけが膜を越えて通過することができます。

コレステロール

コレステロールも動物細胞膜を構成する脂質の一つです。コレステロール分子は、膜のリン脂質の間に選択的に分散し、リン脂質が密集しすぎないようにして、細胞膜が硬くならないようにする働きがある。コレステロールは、植物細胞の細胞膜には存在しません。

糖脂質

糖脂質は、細胞膜の表面にあり、炭水化物の糖鎖が付着しています。細胞が体の他の細胞を認識するのに役立っています。

細胞膜タンパク質

細胞膜には、2種類の関連タンパク質が存在します。周辺膜タンパク質は、膜の外側にあり、他のタンパク質との相互作用によって膜に結合している。

膜貫通型膜タンパク

膜貫通型膜タンパク質は、膜の中に挿入され、ほとんどが膜を通過しています。これらの膜貫通タンパク質の一部は、膜の両側に露出している。細胞膜タンパク質には、電解質イオンの通り道などさまざまな機能があります。

構造タンパク

構造タンパク質は、細胞に支持と形状を与えるのに役立ちます。

細胞膜受容体タンパク

細胞膜受容体タンパク質は、ホルモンや神経伝達物質などのシグナル分子を用いて、細胞が外部環境とコミュニケーションをとるシグナル伝達を助けています。

輸送タンパク

球状タンパク質のような輸送タンパク質は、拡散を促進することで細胞膜を越えて分子を輸送しています。

糖タンパク

糖タンパク質は、糖鎖が結合したタンパク質である。細胞膜に埋め込まれており、細胞間のコミュニケーションや細胞膜を介した分子の輸送に役立っている。

細胞内小器官の保護膜

粗面小胞体滑面小胞体

一部の細胞小器官も保護膜に包まれています。核、小胞体、液胞、リソソーム、ゴルジ体などは膜に覆われた細胞小器官たちです。さまざまな細胞内小器官の膜は、分子組成が異なり、タンパク質の合成、脂質の生成、細胞呼吸などというそれぞれの機能に適したものとなっています。

この記事の著者:仲田洋美医師
医籍登録番号 第371210号
日本内科学会 総合内科専門医 第7900号
日本臨床腫瘍学会 がん薬物療法専門医 第1000001号
臨床遺伝専門医制度委員会認定 臨床遺伝専門医 第755号

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