Histology · 1.1

細胞・細胞小器官・核：細胞膜

Cytology — Plasma membrane

🧠 細胞膜は「リン脂質二重層phospholipid bilayerリン脂質二重層（phospholipid bilayer）phospholipid bilayer（リン脂質二重層）という流動的な海に、タンパク質という島が浮かぶ」流動モザイクモデルfluid mosaic model流動モザイクモデル（fluid mosaic model）fluid mosaic model（流動モザイクモデル）で覚える。脂質二重層lipid bilayer脂質二重層（lipid bilayer）lipid bilayer（脂質二重層）は境界（バリア）を作るだけの受動的な構造、機能（輸送・認識・接着・シグナル伝達）はすべて膜タンパク質membrane proteins膜タンパク質（membrane proteins）membrane proteins（膜タンパク質）が担う、という役割分担が本節の軸。

脂質二重層

細胞膜の骨格はリン脂質二重層phospholipid bilayerリン脂質二重層（phospholipid bilayer）phospholipid bilayer（リン脂質二重層）である。リン脂質は親水性hydrophilic親水性（hydrophilic）hydrophilic（親水性）の頭部と疎水性の尾部をもつ両親媒性分子amphiphile両親媒性分子（amphiphile）amphiphile（両親媒性分子）で、水環境中では尾部同士を向き合わせた二重層bilayer二重層（bilayer）bilayer（二重層）を自発的に形成する。

親水性hydrophilic親水性（hydrophilic）hydrophilic（親水性）の頭部 → 細胞外・細胞内の水環境（水溶液）に接する
疎水性の尾部 → 二重層bilayer二重層（bilayer）bilayer（二重層）の内部で向き合い、水を通さないバリアを作る
コレステロールが二重層bilayer二重層（bilayer）bilayer（二重層）に組み込まれ、膜の流動性fluidity流動性（fluidity）fluidity（流動性）を温度に応じて調節する

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='phospholipid bilayer'>リン脂質二重層</span>"]
  A --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='membrane proteins'>膜タンパク質</span>"]
  B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='integral proteins'>内在性膜タンパク質</span>：膜を貫通"]
  B --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='peripheral proteins'>表在性膜タンパク質</span>：膜表面に付着"]
  A --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glycan (sugar chain)'>糖鎖</span>：細胞外面の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glycoprotein'>糖タンパク質</span>・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glycolipid'>糖脂質</span>"]

⭐ 「流動モザイクモデルfluid mosaic model流動モザイクモデル（fluid mosaic model）fluid mosaic model（流動モザイクモデル）」の“流動”は、脂質分子が二重層bilayer二重層（bilayer）bilayer（二重層）の面内in-plane面内（in-plane）in-plane（面内）を自由に動き回れることを指す。膜タンパク質membrane proteins膜タンパク質（membrane proteins）membrane proteins（膜タンパク質）もこの流動性fluidity流動性（fluidity）fluidity（流動性）のある脂質の海の中を（ある程度）自由に動く「モザイク」として存在する——このモデル名の由来を理解しておくと、膜の性質（側方拡散lateral diffusion側方拡散（lateral diffusion）lateral diffusion（側方拡散）・非対称性）を説明する際に迷わない。

膜タンパク質と糖衣

膜タンパク質membrane proteins膜タンパク質（membrane proteins）membrane proteins（膜タンパク質）は機能によって大きく2種類に分けられる。

種類	位置	機能の例
内在性膜タンパク質integral proteins内在性膜タンパク質（integral proteins）integral proteins（内在性膜タンパク質）	脂質二重層lipid bilayer脂質二重層（lipid bilayer）lipid bilayer（脂質二重層）を貫通（膜貫通タンパク質）	イオンチャネル、輸送体、受容体、細胞接着分子cell adhesion molecule細胞接着分子（cell adhesion molecule）cell adhesion molecule（細胞接着分子）（02-3-cell-junctionsのカドヘリンcadherinカドヘリン（cadherin）cadherin（カドヘリン）・インテグリンintegrinインテグリン（integrin）integrin（インテグリン）など）
表在性膜タンパク質peripheral proteins表在性膜タンパク質（peripheral proteins）peripheral proteins（表在性膜タンパク質）	膜の内側・外側表面に付着（貫通しない）	細胞骨格との連結、シグナル伝達の裏打ちタンパク質

細胞外面には糖鎖glycan (sugar chain)糖鎖（glycan (sugar chain)）glycan (sugar chain)（糖鎖）と呼ばれる糖タンパク質glycoprotein糖タンパク質（glycoprotein）glycoprotein（糖タンパク質）・糖脂質glycolipid糖脂質（glycolipid）glycolipid（糖脂質）の層が存在し、細胞の識別（自己・非自己の認識）、細胞間接着intercellular adhesion細胞間接着（intercellular adhesion）intercellular adhesion（細胞間接着）、受容体としての機能を担う。微絨毛microvilli微絨毛（microvilli）microvilli（微絨毛）の表面を覆う糖衣glycocalyx糖衣（glycocalyx）glycocalyx（糖衣）もこの一部で、吸収上皮の刷子縁brush border刷子縁（brush border）brush border（刷子縁）を構成する（02-2-apical-specializations）。

膜輸送

膜を介した物質の移動は、エネルギーを要するかどうかで大きく2つに分かれる。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='membrane transport'>膜輸送</span>"]
  A --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='passive transport'>受動輸送</span>：エネルギー不要、濃度勾配に従う"]
  B --> B1["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='simple diffusion'>単純拡散</span>（脂溶性分子）"]
  B --> B2["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='facilitated diffusion'>促通拡散</span>（チャネル・輸送体を介する）"]
  A --> C["能動輸送：ATPを消費、濃度勾配に逆らう"]
  C --> C1["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='sodium-potassium ATPase'>Na⁺/K⁺-ATPase</span>などのポンプ"]

💡 Na⁺/K⁺-ATPasesodium-potassium ATPaseNa⁺/K⁺-ATPase（sodium-potassium ATPase）sodium-potassium ATPase（Na⁺/K⁺-ATPase）（イオンポンプion pumpイオンポンプ（ion pump）ion pump（イオンポンプ））は基底陥入basal infoldings基底陥入（basal infoldings）basal infoldings（基底陥入）（02-1-classification参照）でミトコンドリアと隣接して配置される代表例——能動輸送にはATPが必要であり、ATP産生の場（ミトコンドリア）と輸送の場（イオンポンプion pumpイオンポンプ（ion pump）ion pump（イオンポンプ））が空間的に近接する構造は、腎尿細管や唾液腺導管上皮など「輸送が仕事」の細胞に共通するデザイン原則。

まとめ

細胞膜はリン脂質二重層phospholipid bilayerリン脂質二重層（phospholipid bilayer）phospholipid bilayer（リン脂質二重層）を骨格とする流動モザイクモデルfluid mosaic model流動モザイクモデル（fluid mosaic model）fluid mosaic model（流動モザイクモデル）で、脂質分子・膜タンパク質membrane proteins膜タンパク質（membrane proteins）membrane proteins（膜タンパク質）は膜面内in-plane面内（in-plane）in-plane（面内）を流動する。
膜タンパク質membrane proteins膜タンパク質（membrane proteins）membrane proteins（膜タンパク質）は内在性integral内在性（integral）integral（内在性）（膜貫通）と表在性（表面付着）に分かれ、輸送・接着・シグナル伝達などの機能を担う。
細胞外面の糖鎖glycan (sugar chain)糖鎖（glycan (sugar chain)）glycan (sugar chain)（糖鎖）は細胞認識cell recognition細胞認識（cell recognition）cell recognition（細胞認識）・接着・吸収機能（微絨毛microvilli微絨毛（microvilli）microvilli（微絨毛）の刷子縁brush border刷子縁（brush border）brush border（刷子縁））に関与する。
膜輸送membrane transport膜輸送（membrane transport）membrane transport（膜輸送）はエネルギーを要さない受動輸送passive transport受動輸送（passive transport）passive transport（受動輸送）（拡散）と、ATPを消費する能動輸送（ポンプ）に大別される。