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原形質膜における能動輸送と受動輸送

<ブロック引用>

この膜を横切る移動は、多くの異なる形態を取ることができ、一般に能動輸送の方法に分類されます およびパッシブ トランスポート .受動輸送では、分子が濃度勾配を「下降」して、高濃度の領域から低濃度の領域に移動します。ただし、能動輸送は、分子が濃度勾配を「上」に移動する場合です。これを達成するのはより困難であるため、このアクションを実行するにはエネルギーが必要です。そのエネルギーは ATP の形で供給されます。

私たちの体は、数十億個ではなく数兆個の細胞で構成されており、最新の研究によると、平均で 30 兆個以上です。さらに信じられないことに、体内では常に 200 種類以上の細胞が活動しています。各細胞は特定の目的を果たし、複雑なタスクを実行して私たちの生存を確保するための独自の遺伝的方向性とインフラストラクチャのセットを持って、かなり自律的に動作することができます.

人間を全体として見ると、信じられないほど小さな部品で構成された素晴らしい機械であることを忘れがちですが、全体を理解したい場合は、より深く見ることが重要です。そう考えると、ひとつの細胞にアプローチするなら、最初に目にするのは原形質膜です。この膜を横切る動きは、多くの異なる形態をとることができ、一般的に能動輸送の方法に分類されます およびパッシブ トランスポート .これら 2 つの形態の輸送がなければ、私たちが知っているような細胞機能は不可能であり、私たちの存在も不可能です!

これら 2 つの輸送形態の複雑さを掘り下げる前に、原形質膜自体を簡単に見てみましょう。

原形質膜とは?

細胞を小さな都市に例えると、原形質膜はそれを取り囲む壁であり、内部 (細胞質と細胞小器官) が外部 (細胞外液) から分離されていることを保証し、壁を通過するすべての通路が密接につながっていることを保証します。

原形質膜自体は脂質二重層であり、2 層の脂質から構成される極性の高い膜です。これらの 2 つのリン脂質層は、疎水性の尾部が内側を向いており、親水性の頭部が外側を向いており、特別な状況下でのみ通過できる障壁を作り出しています。したがって、これらの膜は選択的透過性として知られています。膜はそのようなリン脂質だけで構成されているわけではありません。タンパク質複合体や、コレステロールなどの他の形態の脂質など、より大きな構造もあります。

(写真提供:OpenStax/Wikimedia Commons)

この障壁は非常に重要な役割を果たします。細胞は常に新しい栄養素を必要としており、老廃物から酵素や神経伝達物質に至るまで常に物を送り出しているからです。細胞を都市として例えると、ゲートに出入りする材料の絶え間ない流れがあり、細胞の場合、これは水、イオン、アミノ酸、糖、その他の分子/製品です。物体の中には、小さくて無害で簡単に認められるものもあれば、細胞に出入りする前により多くの努力や注意を必要とするものもあります。ここで、分子運動の方法 (能動輸送と受動輸送) が登場します。

パッシブ トランスポートとは

細胞膜を通過する 2 種類の移動のうち、受動輸送は確かに簡単なオプションです。受動輸送は、濃度の高い領域から濃度の低い領域への分子の移動を表す拡散のプロセスを利用するため、細胞からのエネルギー入力を必要とせず、リソースを直接消費する必要もありません。膜は、フィルターとして機能し、一部の分子の侵入を遅らせたり、分子の通過をより抵抗したりするという意味で、動きの一部を果たしますが、膜は動きの方向を制御しません.これは、細胞の内外に存在する勾配に依存しています。

細胞膜で発生する受動輸送には、単純拡散、促進拡散、浸透の 3 つの主なタイプがあります。

単純拡散

最も単純なレベルでは、酸素と二酸化炭素は細胞膜を横切って絶えず交換される必要があり、原形質膜に沿った任意のポイントで交換できます。つまり、これが行われる必要がある設定された領域はありません.膜を通過する速度は、その脂溶性、分子のサイズと構造、細胞質と細胞外液の間のその分子の濃度勾配など、多くの要因に依存します。前述のように、このプロセスはエネルギーの消費や消費に依存しません。

(Meme – 開いたゲートを歩く男 – 「まあ、驚くほど簡単だった」)

促進拡散

単純な拡散のプロセスとは異なり、促進された拡散は、細胞に出入りするためにタンパク質チャネルを通過しなければならない大きな分子のためのものです。場合によっては、そのような分子がタンパク質チャネルを通過するためにキャリアタンパク質の助けが必要です。アミノ酸、糖類、主要イオン (カリウム、ナトリウムなど) の場合、前述のようにガスを介して拡散できないため、チャネルが必要です。これらのタンパク質チャネルは、多くの場合、特定の分子のみが特定のチャネルを通過できるように、特定の形状とアミノ酸組成を持っています。キャリアタンパク質が必要な場合、外部分子または内部分子に結合すると、キャリアタンパク質の構造的性質が変化し、キャリアタンパク質が膜を通過して反対側に移動し、結合した分子が放出されます。キャリアタンパク質には、エネルギーを必要としないものもあれば、ある程度の ATP 消費 (能動輸送の一形態) を必要とするものもあります。

浸透

上記の「単純な拡散」と同様に、細胞内への水の移動は浸透として知られています。この動きは、平衡を維持するために、濃度の高い領域から濃度の低い領域へと移動します。この水の動きはエネルギー消費を必要としません。

アクティブ トランスポートとは

受動輸送は膜を横切って分子を移動させるための単純なオプションですが、能動輸送は細胞の機能と生存にそれほど重要ではありません。さて、上で説明したように、受動輸送には、分子が濃度勾配を「下降」して、高濃度の領域から低濃度の領域に移動することが含まれます。ただし、能動輸送は、分子が濃度勾配を「上」に移動する場合です。これを達成するのはより困難であるため、このアクションを実行するにはエネルギーが必要です。そのエネルギーは ATP の形で供給されます。

受動輸送と同様に、能動輸送には、エンドサイトーシス、エキソサイトーシス、膜ポンプの 3 つの主な形態があります。それぞれについて、以下でもう少し詳しく説明します。

エンドサイトーシス

これは小胞の動きの一種で、物を物理的に細胞内に持ち込むことができます。簡単に言えば、細胞が口を開けて外部環境を飲み込むことを想像してください。その飲み込みが単に液体で構成されているか (ピノサイトーシス – 「細胞を飲む」)、分子または他の細胞全体 (ファゴサイトーシス – 「細胞」) で構成されているかどうかに関係なく食べる」)。簡単に言えば、リン脂質二重層の1つの層が目的の物質または分子の周りを挟み、最終的にベシクルを形成します.これは、必要に応じて、二重層の後半を通過し、細胞全体に移動できます。

エキソサイトーシス

これは小胞の動きの一種で、物を細胞から物理的に押し出したり、取り除いたりすることができます。細胞内で小胞が形成されると、細胞膜と同様の物質、つまりリン脂質でできています。その小胞とその内容物は原形質膜に移動して結合することができ、リン脂質は再編成され、内容物は本質的に外側の細胞外液に「排出」され、小胞は単に膜の一部を形成します.上記で説明したエンドサイトーシスと同様に、これらの分子の動きは濃度勾配に逆らうことが多いため、このアクションには ATP の消費が必要です。

膜ポンプ

前に促進輸送について説明したとき、キャリアタンパク質について言及しました。その前の例では、分子は濃度勾配を「下って」移動していましたが、能動輸送のためには、細胞は濃度勾配を不均一に保つために積極的に働かなければなりません。場合によっては、これは特定の機能に適しています。体内のカリウムのレベルが高く、外側のナトリウムのレベルが高いことは、この不均衡の優れた例です.この勾配に逆らって分子を移動させるために、ATP を使用して担体タンパク質の形状を変更し、選択した分子をより高い濃度の領域に移動できるようにします。

最後の言葉

一見すると、原形質膜は細胞を保護する殻にしか見えないかもしれませんが、細胞膜は動的で絶え間なくアクティブな一連のゲートと通路であり、重要な分子が細胞に出入りするスムーズで効率的な移動を可能にします。そのような動きの理由と、そのような動きがとるさまざまな形態を理解することで、細胞の代謝をよりよく理解し、生命の小宇宙と大宇宙の両方をより尊重することができます!


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