Subject   : 細胞膜と膜タンパク質

カテゴリー  : 学術情報 > 生化学


 細胞膜と膜タンパク質
 単純脂質である中性脂肪は、グリセロール(グリセリン)と脂肪酸のトリグリセリドだが、細胞膜を構成しているリン脂質は複合脂質で、グリセロールの3本目の水酸基は脂肪酸とではなく、リン酸とエステル結合をして、リン酸はさらに極性の高い分子(コリンなど)と結合する。
 したがって、この分子は、2本の疎水性の尾部(tail)と極性の高い頭部(head)を分子の中にあわせ持つ。脂肪酸分子中に1個の不飽和部があると、脚は二重結合のために、そこで折れ曲がるような形を取る。

 細胞膜は、このような分子が配列してできているため、表面は親水性、内側は疎水性の性質を示す。このような膜を人工的にも作ることができる。
 膜として安定していられるのは、水の力によるところが大きい。水が、リン脂質分子のサンドイッチを離れないように押しつけているのである。
 細胞膜以外にも、小胞体の膜、ミトコンドリアの内膜、外膜、ゴルジ体の膜など、細胞内に見られる膜は、基本的にはこのような構造をしていると考えられていて、単位膜(unit membrane)と呼ばれている。

 細胞膜にはリン脂質以外にも多くの分子が存在する。細胞膜に埋め込まれたタンパク質を、膜タンパク質(membrane protein)と呼ぶ。
 細胞膜は脂質の二重膜(lipid bilayer)の海に、膜タンパク質が氷山のように頭を少し出して浮かんだような構造をしていると考えられている。この構造モデルを流動モザイクモデル(fluid mosaic model)と呼んでいる。
 脂質の二重膜は、膜タンパク質を浮かべる担体のはたらきをしているだけで、極言すれば細胞膜の性質は、膜タンパク質の性質に依存している。脂質の二重膜の海と書いたように細胞膜には流動性があり、膜タンパク質はこの海の中を自由に動くことができる。
 ただし、peripheral proteinのようなタンパク質が動きを止める場合もあるし、後で述べる密着結合を越えて動くことはできない。
 たとえば、脂質の二重膜は、上に述べたような分子の配列のために、きわめて小さな分子か疎水性の炭化水素のような分子は通すが、大部分の分子やイオンを通さない

分子の性質 分子の例 透過性
疎水性分子 N2、O2、炭化水素 自由に透過
極性のある小分子 H2O、CO2、グリセロール、尿素 自由に透過
極性のある大分子 ブドウ糖などの単糖類、二糖類 透過できない
イオンや電荷を持つ分子 アミノ酸、H+、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Cl-、Mg2+ 透過できない

 溶媒のような小さな分子は通すが、溶質は通さない性質を持つ、このような膜を半透膜 (semipermeable membrane)という。しかしながら、この性質だけでは細胞は必要な物質を取り込むことができない。

■ 膜タンパク質
 膜タンパク質の中には、膜を貫通しているものがある。多くの膜貫通タンパク質は、ちょうど弁の付いた管のようになっていて、特定のイオンや物質を選択的に通すことができる。このタンパク質のおかげで、細胞膜は特定のイオンやブドウ糖などの必要な物質を通すことができるのである。
 したがって細胞膜は、選択的透過性を示す半透膜ということができる。すべての細胞に同じ膜タンパク質が埋め込まれているわけではないので、どんな物質が通過できるかは細胞によって異なる。
 細胞膜は物質の出入りをコントロールするばかりでなく、隣の細胞と接するためのインターフェイスとなっている。

 主なものに、
1)輸送の役割を担うタンパク質、
2)受容体の役割を担うタンパク質、
がある。輸送と受容体の両方の役割をするタンパク質もある。
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