5.1C: Membrane Fluidity

Membrane Fluidity

膜の流動性につながる要因は複数ある。 第一に、膜のモザイク特性は、細胞膜が流動性を保つのに役立つ。 一体化したタンパク質と脂質は、分離しているが緩く付着した分子として膜内に存在する。 膜は風船のように膨らんだり縮んだりするものではなく、かなり硬いので、貫通したり、細胞が水分を取り込み過ぎると破裂してしまうのです。 しかし、膜はモザイク状になっているため、非常に細い針を刺しても破裂することはなく、針を抜くと膜が流れて自己融着します。 膜の流動性。 細胞膜はリン脂質、コレステロール、タンパク質が結合した流体である。 脂質(糖脂質)やタンパク質(糖タンパク質)に付着した糖鎖は、膜の外側から伸びている。

流動性をもたらす第二の要因は、リン脂質そのものの性質である。 リン脂質の尾部に含まれる脂肪酸は、水素原子が結合した飽和型であり、隣接する炭素原子間に二重結合は存在しない。 そのため、尾部は比較的直線的である。 一方、不飽和脂肪酸は、水素原子の数は最大ではないが、隣接する炭素原子間に二重結合があり、二重結合があると炭素の列が約30度曲がることになる。 このため、尾部がまっすぐな飽和脂肪酸は、温度の低下により圧縮されると、互いに押し付け合い、緻密でかなり硬い膜を作る。 一方、不飽和脂肪酸を圧縮すると、尾部の “ねじれ “が隣接するリン脂質分子にひじを打ち、リン脂質分子間にある程度の空間を確保する。 この「ひじ掛け」のおかげで、リン脂質の尾部が飽和脂肪酸の場合は「凍結」または「固化」してしまう温度でも、膜の流動性を維持することができるのだ。 膜の流動性は、寒冷地では特に重要である。 低温環境では、飽和脂肪酸を主成分とする膜が圧縮される傾向があり、膜の流動性が低下して破裂しやすくなる。 多くの生物(魚がその一例)は、温度の低下に応じて膜中の不飽和脂肪酸の割合を変えることで、低温環境に適応することができる。

動物において、膜の流動性を保つ第三の要因はコレステロールである。 これは膜中のリン脂質と並んで存在し、温度が膜に与える影響を弱める傾向がある。 つまり、コレステロールは、低温では膜の流動性を阻害し、高温では膜の流動性が高くなりすぎないようにする緩衝材の役割を担っているのである。 コレステロールは、膜が適切に流動し、結果として機能する温度範囲を双方向に拡張する。 コレステロールはまた、膜貫通タンパク質のクラスターを脂質ラフトに組織化するような、他の機能も果たします。

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