流動モザイクモデル

科学者たちは、1890 年代に細胞膜を特定し、1915 年までにその主要な化学成分 (脂質とタンパク質) を特定しました。1935 年にヒュー・ダブソンとジェームス・ダニエリによって提案された細胞膜構造のモデルは、科学界で広く受け入れられた最初のモデルでした。 このモデルは、初期の電子顕微鏡写真における細胞膜の「線路」の外観に基づいています。 ダブソンとダニエリは、タンパク質をパンに、脂質をその詰め物に例えて、細胞膜の構造がサンドイッチに似ていると理論づけました。 1950 年代、顕微鏡法、特に透過型電子顕微鏡 (TEM) の進歩により、研究者は細胞膜のコアが単層ではなく二重層で構成されていることを確認できるようになりました。 1972 年に、S.J. シンガーとガース L. ニコルソンは、顕微鏡観察に基づいて細胞膜の構造と機能を説明する新しいモデル「流体モザイクモデル」を提案しました。

流体モザイクモデルは、現在私たちが理解している細胞膜の構造と機能を最もよく説明するものであり続けています。 流体モザイクモデルは、細胞膜の構造を、膜に流体の性質を与えるリン脂質、コレステロール、タンパク質、炭水化物などの成分のモザイクとして記述します。 細胞膜の厚さは 5 ～ 10 nm です。 比較のために、光学顕微鏡で見えるヒトの赤血球の幅は約 8 μm、つまり細胞膜の約 1,000 倍です。

このモデルは、細胞膜の構造を、基本的な完全性を維持しながら流れて位置を変えることができる要素のモザイクとして説明します。 リン脂質分子と埋め込まれたタンパク質は、膜内を横切って横方向に急速に拡散します。 細胞膜の流動性は、特定の酵素の活性や膜内の分子輸送にも不可欠です。

膜の主な構造は両親媒性リン脂質分子で構成されている、環境と相互作用する親水性 (水を好む) 頭部と、脂質二重層内の疎水性 (撥水性) 尾部を備えています。 タンパク質は細胞膜の 2 番目の主要成分です。 タンパク質はリン脂質に沿って配向する傾向があり、タンパク質の疎水性領域はリン脂質の尾部に隣接し、タンパク質の親水性領域は膜から突き出ています。 タンパク質はサイトゾルまたは細胞外液と接触しています。 細胞膜の 3 番目の主要成分である炭水化物は常に細胞の外側表面に存在し、タンパク質に結合して糖タンパク質を形成するか、脂質に結合して糖脂質を形成します。 これらの炭水化物鎖は複数の単糖類単位から構成されている、直鎖または分枝鎖の場合があります。 末梢タンパク質に加えて、炭水化物には、細胞が相互に認識できるようにする細胞表面上の特殊な部位が含まれています。

このテキストは Openstax, Concepts of Biology, Section 3.4 Fluid Mosaic Model そして Openstax, Biology 2e, Section 5.1 Fluid Mosaic Model