形質膜の構造

形質膜は、細胞を区画する脂質二重層であり、両親媒性脂質と埋め込まれたタンパク質から構築される流動的な二次元構造である。

Definition

形質膜は、主にリン脂質からなる両親媒性脂質の二重層であり、関連するタンパク質と炭水化物を含み、細胞の選択的透過性境界を形成する。

Scope

このトピックでは、形質膜の組成、リン脂質の二重層への自己集合、2つのリーフレットの非対称性、膜タンパク質の種類と役割、および流動モザイクモデルによって捉えられる流動性と組織について説明する。

Core questions

• リン脂質はなぜ水中で自発的に二重層を形成するのか？
• タンパク質は膜とどのように結合し、膜内でどのように配向しているのか？
• 膜に流動性を与えるものは何か、またそれを調節する要因は何か？
• 二重層の2つのリーフレットの組成が異なるのはなぜか？

Key theories

流動モザイクモデル

膜は流動的な脂質二重層であり、その中にタンパク質が分散しており、側方拡散が可能である。これにより、膜の構造とダイナミクスが統一的に説明される。

Mechanisms

リン脂質は親水性の頭部と疎水性の尾部を持つため、水中では尾部が溶媒から隠れるように自己集合して二重層を形成する。コレステロールと尾部の飽和度は流動性を調整する。内在性タンパク質は疎水性領域を介して二重層を貫通または挿入し、末梢性タンパク質は表面に付着する。二重層は非対称であり、異なる脂質と炭水化物を持つ糖タンパク質が細胞外に面している。側方拡散により、膜はそのモザイク的で流動的な特性を示す。

Clinical relevance

膜構造は、細胞が周囲とどのように相互作用し、表面受容体を組織化し、区画の境界を維持するかを決定し、膜生物学および細胞生物学のすべての基礎となる。ここでの扱いは記述的であり、処方的なものではない。

History

単層実験とGorterおよびGrendelによる二重層の提案により、膜の脂質基盤が確立された。その後、1972年のSinger–Nicolsonの流動モザイクモデルは、脂質とタンパク質のデータを統合し、膜構造の現代的な見解を提示した。

Key figures

• S. Jonathan Singer
• Garth Nicolson
• Irving Langmuir

Seminal works

• singer1972
• alberts2014

Frequently asked questions

形質膜が二重層であるのはなぜですか？

リン脂質は水になじむ頭部と水を避ける尾部を持っているため、水環境では尾部が内側を向き、水から離れるように2つの層に配置されます。

膜を流動的にしているのは何ですか？

脂質は固定されておらず、そのリーフレット内で移動します。流動性の程度は、温度、脂質尾部の飽和度、コレステロール含有量などの要因によって異なります。