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細胞膜



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細胞膜
細胞全体は細胞膜で包まれている。

細胞膜で包まれたその中を細胞質という。


細胞
からの突出物である線毛や微絨毛もその表面は細胞膜で包まれている。




(細胞膜の基本構造)
  • 基本構造はリン脂質の二重層からなり、流動性を示す。
    • 膜の内側には
      • PE(ホスファチジルエタラノラミン)
      • PS(ホスファチジルセリン)
      が多い。
    • 膜の外側には
      • PC(ホスファチジルコリン)
      が多い
    • 膜の一部分には・・・ラフトがある。ラフトには
      • スフィンゴミエリン
      • コレステロール
      がある。
    • 膜のタンパク質は、受容体やイオンチャネルを形成している。


(静止電位)
  • イオン分布の違いにより、静止状態では細胞外がプラス(+)、細胞内がマイナス(−)の電位になっている。これを静止電位という。


(細胞膜の静止電位)
  1. 静止電位の成因はKイオンである。
  2. 静止状態の細胞膜のKとCl-に対する透過性は高いが、Naの透過性は低い。
  3. ナトリウムポンプは静止電位の維持に必要。


(細胞膜の活動電位)
  • 細胞内は細胞外に比べて通常電気的に負(マイナス)であり、これを静止電位と呼び、Kイオンの内外の量に依存している。
    細胞を刺激すると細胞内電位は細胞外電位に近づく
    (これを脱分極という)
    この電位が臨界値以上になるとNaチャンネルが瞬時に開き、細胞内電位は正(プラス)となる
    (これを活動電位と呼んでいる)
    このあと、Naチャンネルが閉じ、細胞内に蓄積されたNa+イオンはナトリウムポンプによって細胞外に排泄される。このことによって細胞内電位は再び負(マイナス)電位となる
    (この現象を再分極という)。


細胞膜の興奮



(細胞膜でのタンパク質の働き)
細胞膜に埋まるタンパク質が膜の機能を決定する。

膜タンパクは・・・「酵素」「受容体」「輸送体(チャネル)」として働く。
  1. 酵素
    • 基質分子に酵素作用で分解等の化学変化を加える。
  2. 受容体
    • ホルモンなどの物質と特異的に結合して細胞内への情報を発信する。
  3. チャネル
    • 膜タンパクのチャネル(輸送体)を通過してイオンや水の輸送が行われる。



分子の取り込みのカギは・・・細胞膜の密度にあった
2017年6月、細胞膜が細胞内に取り込む分子を識別するメカニズムを山形大学の並河英紀教授、長崎国際大学の柴田攻教授らが解明。

細胞膜は脂質分子が密に並んだ薄い膜。
細胞を守る壁の機能を持ち、不要物質の侵入を防ぐ。
細胞膜は電気のプラス・マイナスの性質や水への溶けにくさに応じて物質を選択的に透過させているが、並河教授らは、電荷を制御できるポリオキソメタレートと呼ぶ化合物を使って実験。




自己組織化
生物の細胞膜はリン脂質の分子が二重に並んだ構造をしている。

生物の体内ではリン脂質が自発的に並んで膜構造を形作る
自己組織化)。



生物学者らは、生物が作った分子でしか自己組織化は起きないと考えられていた。


生命現象も分子レベルでは物理化学の原理に支配されていると考え、その原理を抽出すれば、より単純な分子でも膜が作れると考え、脂質二重膜を初めて人工合成したのは、国武豊喜・九州大学教授だった。

細胞膜の脂質が持つ二股の構造がカギだった。





人工細胞膜を高速で作製
2013年、神奈川科学技術アカデミーの竹内昌治プロジェクトリーダーらは、細胞の表面にある細胞膜に似た性質を持つ「人工細胞膜」を高速で作製する技術を開発した。

細胞膜の素材であるリン脂質の溶液をロボットで自動的に調整して膜を作る。

細胞は細胞膜にある「イオンチャネル」という膜タンパク質に、細胞内外のイオンをやりとりする働きがある。イオンが膜を通かどうか見極めることは薬の効き目を左右する。

作製した人工細胞膜は直径0.1_、厚さ5〜7ナノb。

中央がくびれた陽気の上にリン脂質を入れた後、膜タンパク質を加えて人工細胞膜を作る。

膜タンパク質の種類を変えれば、カリウムチャネルやカルシウムチャネルなど6種類の人工細胞膜になる。

研究チームはすでに2006年に人工細胞膜を作製している。

今回はロボットを使って1枚のプレート上に32個の人工細胞膜をつくれるようにした。

プレート上に並べた人工細胞膜の表裏に電極をつないだ。

細胞膜の表面に物質をたらしイオンが膜を通過した場合、電気が流れることで、膜を通るかどうかを手がかりに新薬候補物資になるかを判断する。



関連情報 細胞分裂」「人体をつくる組織」「染色体」「病気」「アポトーシス」「オートファジ」「ホルモン異常


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