細胞膜の基本骨格

人間は細胞から構成されており、世界中の多くの生物も細胞から構成されています。植物には植物細胞と人間の細胞があります。細胞の構造は細胞膜、核、細胞質などから成ります。植物には葉緑体もあり、人間の細胞にもミトコンドリアなどが含まれています。細胞膜は細胞の最も外側にある半透膜です。細胞膜の基本的な骨格を見てみましょう。

細胞膜は、厚さ8～10nmのリン脂質を主成分とする弾性のある半透膜で、動物細胞では膜の外側が外部環境と接しています。その主な機能は、物質を選択的に交換し、栄養素を吸収し、代謝老廃物を排泄し、タンパク質を分泌して輸送することです。

膜脂質は主にリン脂質、コレステロール、少量の糖脂質で構成されています。ほとんどの細胞の膜脂質では、リン脂質が全体の70％以上を占め、コレステロールは30％を超えず、糖脂質は10％を超えません。リン脂質は、ホスホグリセリドとスフィンゴミエリン (SM) の 2 つのカテゴリに分けられます。グリセロールリン脂質には、主にホスファチジルコリン（ホスファチジルコリン、PC）が含まれ、次いでホスファチジルセリン（ホスファリジルセリン、PS）、ホスファチジルエタノールアミン（セファリン）（ホスファチジルエタノールアミン、PE）が続き、最も少ないのはホスファチジルイノシトール（ホスファチジルイノシタール、PI）です。リン脂質、コレステロール、糖脂質はすべて両親媒性分子です。リン脂質分子のリン酸基やアルカリ基、コレステロール分子のヒドロキシル基、糖脂質分子の糖鎖などの親水性基は、それぞれの分子の親水性末端を形成し、分子のもう一方の末端は疎水性の脂肪酸炭化水素鎖です。これらの分子は脂質二重層の形で細胞膜に存在し、親水性の末端が細胞外液または細胞質に面し、疎水性の脂肪酸炭化水素鎖が互いに向き合って、膜の内側に疎水性領域を形成します。膜脂質二重層の脂質組成は非対称です。アミノ酸を含むリン脂質（ホスファチジルセリン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルイノシトール）は主に細胞質に近い膜の内層に分布していますが、ホスファチジルコリン糖脂質のほとんどとすべては膜の外層に分布しています。

膜タンパク質

タンパク質には、内因性タンパク質と外因性タンパク質の 2 種類があります。内因性タンパク質は、その疎水性部分でリン脂質の疎水性部分に共有結合しており、両端は極性で膜の内側と外側を貫通しています。一方、外因性タンパク質は、内因性タンパク質の外端またはリン脂質分子の親水性頭部に非共有結合で結合しています。キャリア、特定の受容体、酵素、表面抗原など。表面タンパク質（周辺タンパク質）の 20% ～ 30% は、荷電アミノ酸または荷電基（極性基）を持つ膜の両側の脂質に結合します。結合したタンパク質（内在タンパク質）の 70% ～ 80% は、1 つまたは複数の疎水性 α ヘリックス（20 ～ 30 個の疎水性アミノ酸の吸収によって形成され、1 回転あたり 3.6 個のアミノ酸残基で、膜の厚さに相当します。隣接する α ヘリックスは、膜の内側と外側で直鎖ペプチドによって接続されています）、つまり膜内の疎水性ヒドロキシルを介して脂質分子に結合します。理論的には、脂質層に埋め込まれたタンパク質は浮遊したり横方向に移動したりできるため、ランダムに分布しているはずです。しかし、実際には、細胞と環境の間で物質、エネルギー、情報を交換するという特殊な機能を実現するために、タンパク質は地域的な分布を持っています (これは、膜の内側にある細胞骨格によって特定のタンパク質分子が閉じ込められていることに関係している可能性があります)。 （1970年にフライとエディディンは、赤色発光アルカリシナマルデヒドを使用してヒト細胞を標識し、緑色発光フルオレセイン標識膜タンパク質抗体で培養したマウス細胞を融合させました。37°Cで40分後、それらは均一に分散しました。光退色蛍光回復法、微小領域モニタリング）

細胞膜上の輸送タンパク質には、キャリアタンパク質とチャネルタンパク質という 2 つの主な種類があります。キャリアタンパク質は、キャリア、透過酵素、トランスポーターとも呼ばれ、特定の溶質に結合し、自身の構造変化を通じて結合した溶質を膜の反対側に輸送します。キャリアタンパク質の中には、ATP 駆動のさまざまなイオンポンプのように駆動にエネルギーを必要とするものもあれば、バリナーゼのようにエネルギーを必要とせず、補助拡散によって物質を輸送するものもあります。チャネルタンパク質は輸送する物質と弱い結合性を持ち、チャネルが開いているときに特定の溶質が通過できる親水性チャネルを形成できます。すべてのチャネルタンパク質は補助拡散によって溶質を輸送します。

膜糖

膜糖および糖コーティング：糖タンパク質、糖脂質

細胞膜炭水化物は主にオリゴ糖鎖と多糖鎖であり、膜脂質またはタンパク質と共有結合して糖脂質と糖タンパク質を形成します。これらの糖鎖のほとんどは膜の外側（細胞質側ではない側）に露出しています。 (多糖類タンパク質複合体、細胞外被) 単糖類配列の特異性は、細胞またはタンパク質の「マーカー、アンテナ」、つまり抗原決定基として機能します (認識可能、伝達物質、ホルモンなどに結合します。ABO 血液型物質のオリゴ糖鎖、つまりスフィンゴシンは異なります。131AA+100 糖残基)。