細胞膜の構造と機能

【構造】
・厚さ数nmの脂質二重膜からなる。
・脂質はリン脂質であり、親水性のリン酸化合物を膜表面に、疎水性の脂肪酸を膜内に向けている。
・リン脂質はグリセリンの1，2位の水酸基に脂肪酸、3位の水酸基にリン酸がエステル結合し、さらにコリンやセリンなどが結合したものである。
・コレステロールも細胞膜の成分となり、細胞膜に堅さを与えている。
・細胞膜には種々の蛋白質が膜表面に付着したり、膜を貫通したりしてある。これらの蛋白質は脂質二重膜の中を自由に移動できる(流動モザイクモデル)。
・細胞膜蛋白質の中で機能的に重要なものには、イオンチャネルや輸送体、受容体、細胞骨格系の蛋白質がある。

【機能】
・脂質が含まれるため、水溶性の物質は細胞膜を透過できない。これによって細胞外液と細胞内液の交通を遮断し、細胞内環境の維持を図っている。

・細胞膜を透過できない物質は、細胞膜蛋白であるイオンチャネルや輸送体(キャリア蛋白)の中を透過する。イオンチャネルや輸送体は、様々な刺激によって開閉し、通過する物質はその種類に特異的である。これによって細胞内外の物質の出入りを調整し、さまざまな機能の発現を制御する。
・イオンチャネルや輸送体の中を物質が通過するのは濃度勾配による拡散のためであるが、輸送体の中には、ATPを消費しエネルギーを得ることで濃度勾配に逆らって物質を輸送する(能動輸送)ものが存在する。これらは一般にポンプと呼ばれる。

・受容体は細胞外部で特定の分子(リガンド)と結合し、それが刺激となって細胞内で一定の反応を引き起こす。受容体自身がイオンチャネルとして働き、リガンドの結合によってイオンの透過性を変えることで反応を引き起こす場合、また受容体分子の一部が酵素として機能し、リガンドの結合によって酵素活性が上がり細胞内伝達物質(セカンドメッセンジャー)を合成することで反応を引き起こす場合などがある。受容体によって、細胞は外部の刺激の変化に対して細胞内部でさまざまな反応を引き起こすことを可能にする。

・細胞骨格は膜の両側で大きな分子を固定し、細胞の運動や形態の維持、細胞間の接着などを司る。