膜透過性

の 膜透過性 細胞膜を通過する分子の透過性を特徴付けます。すべての細胞は生体膜によって細胞間空間から分離されており、同時に膜に囲まれた細胞小器官を含んでいます。膜の透過性は、生化学反応の円滑な実行に必要です。

膜透過性とは何ですか？

膜透過性は、液体および溶解物質に対する生体膜の透過性として定義されます。ただし、細胞膜はすべての物質を透過するわけではありません。したがって、それらは半透膜（半透膜）とも呼ばれます。

生体膜は、酸素や二酸化炭素などの気体や脂溶性の非極性物質を透過する2つのリン脂質層で構成されています。これらの物質は、通常の拡散によって膜を通過できます。極性分子と親水性分子は通過できません。それらは、受動的または能動的輸送プロセスを介してのみ膜を通して輸送することができます。

膜は細胞の内部空間と細胞小器官内の空間を保護します。それらは外部干渉なしに重要な生化学反応のための特別な化学的および物理的条件の維持を保証します。

膜の透過性は、細胞外空間から細胞への重要な物質の選択的輸送と細胞からの代謝産物の除去を確実にします。同じことが個々の細胞小器官にも当てはまります。

機能とタスク

細胞および細胞小器官内の重要な生化学反応の邪魔されないプロセスには、膜が絶対に必要です。膜透過性は、タンパク質、炭水化物、脂肪などの重要な栄養素を細胞に供給できるようにするためにも、同様に重要です。ミネラル、ビタミン、その他の有効成分も膜を通過できる必要があります。同時に、細胞から廃棄する必要がある代謝産物が生成されます。

しかしながら、膜は、親油性分子および酸素または二酸化炭素などの小さなガス分子に対してのみ透過性である。極性、親水性、または大きな分子は、輸送プロセスを介して膜を介してのみ輸送できます。このための膜輸送には、パッシブとアクティブのオプションがあります。

受動輸送は、電位勾配または濃度勾配の方向にエネルギーを供給することなく機能します。小さい親油性分子またはガス分子は通常の拡散を受けます。より大きな分子では、通常の拡散はもはや不可能です。特定の輸送タンパク質またはチャネルタンパク質は、ここでの輸送を容易にすることができます。輸送タンパク質はトンネルのように膜に広がります。より小さな極性分子は、極性アミノ酸の作用を介してこのトンネルを通過することができます。これにより、小さな荷電イオンがトンネルを通過することも可能になります。

別の受動輸送オプションは、特定の分子に特化した担体タンパク質の作用から生じます。分子がドッキングすると、コンフォメーションが変化し、膜を介して輸送されます。

能動的な膜輸送の場合、エネルギーの供給が必要です。対応する分子は、濃度勾配または電気勾配に逆らって輸送されます。エネルギー供給プロセスは、ATPの加水分解、電場の形での電荷勾配の形成、または濃度勾配の形成によるエントロピーの増加から生じます。

エンドサイトーシスまたはエキソサイトーシスは、膜をまったく透過できない物質で利用できます。エンドサイトーシスでは、生体膜の陥入が一滴の液体を取り込み、それを細胞内に輸送します。これにより、いわゆるエンドソームが作成され、重要な物質が細胞質に輸送されます。エキソサイトーシスの間、細胞質内の老廃物は膜で覆われた輸送小胞によって外側に運ばれます。

病気と病気

膜透過性の障害は、さまざまな病状につながる可能性があります。変化はさまざまなイオンの透過性に影響します。膜透過性障害は、多くの場合、心血管疾患の結果です。これは、体の電解質バランスに影響を与える可能性があります。

しかし、多くの遺伝的原因も膜透過性障害を引き起こします。さまざまなタンパク質が膜の構造に関与しており、脂質二重層の正しい機能を担っています。特定のタンパク質の遺伝的変化は、とりわけ膜透過性の変化の原因です。

一例は、ミオトニア先天性トムセン病です。この病気は筋肉機能の遺伝的障害です。筋線維膜の塩素チャンネルをコードする遺伝子が変異している。塩化物イオンの透過性が低下します。これにより、健康な人よりも筋繊維の脱分極が容易になります。筋肉の収縮傾向が高まり、こわばりとして感じられます。たとえば、閉じた握りこぶしは、特定の遅延でのみ開くことができます。目は閉じた後30秒後にのみ開くことができます。これはリッドラグとして知られています。

特に生体膜を標的とする自己免疫疾患もあります。これに関連して、いわゆる抗リン脂質症候群（ＡＰＳ）が知られている。この疾患では、体の免疫系は、膜のリン脂質に結合しているタンパク質に対して向けられています。その結果、血液の凝固能が高まります。心臓発作、脳卒中、肺塞栓症の可能性が高まります。

膜透過性の障害は、いわゆるミトコンドリア症にも見られます。ミトコンドリアでは、エネルギーは炭水化物、脂肪、タンパク質の燃焼から得られます。ミトコンドリアは、細胞膜であり、膜にも囲まれています。これらのエネルギー発電所内で多数のフリーラジカルが生成されます。これらが捕捉されない場合、膜が損傷します。これはミトコンドリアの機能を厳しく制限します。しかし、ラジカルスカベンジャーの有効性が低下する原因はさまざまです。