5.1B：流動モザイクモデル

流動モザイクモデルはSJによって最初に提案されました原形質膜の構造を説明するために1972年に歌手とガースL.ニコルソン。このモデルは時間の経過とともにいくらか進化してきましたが、現在理解しているように、原形質膜の構造と機能を最もよく説明しています。流動モザイクモデルは、原形質膜の構造を、リン脂質、コレステロール、タンパク質、炭水化物など、膜に流動性を与える成分のモザイクとして記述します。原形質膜の厚さは5〜10nmです。比較のために、光学顕微鏡で見ることができるヒト赤血球は、幅が約8 µm、つまり原形質膜の約1,000倍です。原形質膜のタンパク質、脂質、炭水化物の割合は、細胞の種類によって異なります。たとえば、ミエリンには18％のタンパク質と76％の脂質が含まれています。ミトコンドリア内膜には、76％のタンパク質と24％の脂質が含まれています。

膜の主な構造は両親媒性または二重愛情のあるリン脂質分子で構成されています。これらの分子の親水性または水を好む領域は、セルの内側と外側の両方で房水と接触しています。疎水性または水を嫌う分子は、非極性になる傾向があります。リン脂質分子は、炭素1と2に結合した2つの脂肪酸分子と、3番目の炭素に結合したリン酸含有基を持つ3炭素のグリセロール骨格で構成されています。この配置により、分子全体に、極性または負の電荷を持つヘッド（リン酸含有基）と呼ばれる領域と、電荷のないテール（脂肪酸）と呼ばれる領域が与えられます。それらは化学反応で他の非極性分子と相互作用しますが、一般的に極性分子とは相互作用しません。水中に置くと、疎水性分子はボールまたはクラスターを形成する傾向があります。リン脂質の親水性領域は、セルの外部と内部の両方で水や他の極性分子と水素結合を形成する傾向があります。したがって、セルの内部と外部に面する膜表面は親水性です。対照的に、細胞膜の中央は疎水性であり、水と相互作用しません。したがって、リン脂質は、細胞内の液体を細胞外の液体から分離する優れた脂質二重層細胞膜を形成します。

タンパク質は原形質膜の2番目の主成分を構成します。内在性タンパク質（一部の特殊なタイプはインテグリンと呼ばれます）は、その名前が示すように、膜構造に完全に統合されており、それらの疎水性膜貫通領域は、リン脂質二重層の疎水性領域と相互作用します。シングルパス内在性膜タンパク質は通常、20〜25アミノ酸からなる疎水性膜貫通セグメントを持っています。膜の一部のみにまたがる（単一の層に関連する）ものもあれば、膜の一方の側からもう一方の側に伸び、いずれかの側に露出しているものもあります。一部の複雑なタンパク質は、単一のタンパク質の最大12のセグメントで構成されており、これらは広範囲に折りたたまれて膜に埋め込まれています。このタイプのタンパク質には、1つまたは複数の親水性領域と、1つまたは複数の穏やかに疎水性の領域があります。タンパク質の領域のこの配置は、リン脂質に沿ってタンパク質を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または複数の領域は膜から突出し、サイトゾルまたは細胞外液。

炭水化物は原形質膜の3番目の主要成分です。それらは常に細胞の外面に見られ、タンパク質（糖タンパク質を形成する）または脂質（糖脂質を形成する）のいずれかに結合します。これらの炭水化物鎖は、2〜60の単糖単位で構成されており、直線状または分岐状のいずれかです。炭水化物は、末梢タンパク質とともに、細胞表面に特殊な部位を形成し、細胞が互いに認識できるようにします。この認識機能は、免疫系が体細胞（「自己」と呼ばれる）と外来細胞または組織（「非自己」と呼ばれる）を区別できるようにするため、細胞にとって非常に重要です。同様のタイプの糖タンパク質と糖脂質がウイルスの表面に見られ、頻繁に変化する可能性があり、免疫細胞がそれらを認識して攻撃するのを妨げます。細胞の外面にあるこれらの炭水化物（糖タンパク質と糖脂質の両方の炭水化物成分）は、まとめて糖衣（「糖コーティング」を意味する）と呼ばれます。糖衣は親水性が高く、大量の水を表面に引き付けます。細胞。これは、細胞とその水環境との相互作用、および水に溶解した物質を取得する細胞の能力を支援します。