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第5章細胞膜の構造と機能

Section Summaryこの節のまとめ

Modern scientists refer to the plasma membrane as the fluid mosaic model. A phospholipid bilayer comprises the plasma membrane, with hydrophobic, fatty acid tails in contact with each other. The membrane's landscape is studded with proteins, some which span the membrane. Some of these proteins serve to transport materials into or out of the cell. Carbohydrates are attached to some of the proteins and lipids on the membrane's outward-facing surface, forming complexes that function to identify the cell to other cells. The membrane's fluid nature is due to temperature, fatty acid tail configuration (some kinked by double bonds), cholesterol presence embedded in the membrane, and the mosaic nature of the proteins and protein-carbohydrate combinations, which are not firmly fixed in place. Plasma membranes enclose and define the cells' borders. Not static, they are dynamic and constantly in flux.
現代の科学者は、細胞膜を流動モザイクモデルで説明する。細胞膜はリン脂質二重層からなり、疎水性の脂肪酸の尾部が互いに接している。膜にはタンパク質が点在し、その一部は膜を貫く。一部のタンパク質は、細胞内外への物質輸送を担う。膜の外向きの表面では、一部のタンパク質や脂質に糖質が結合し、ほかの細胞に対してその細胞を識別させる複合体を作る。膜の流動性には、温度、脂肪酸尾部の配置（一部は二重結合で折れ曲がる）、膜内のコレステロール、そしてタンパク質やタンパク質と糖質の組み合わせが固定されずに並ぶモザイク状の性質が関わる。細胞膜は細胞を囲み、境界を定める。静止したものではなく、動的で、絶えず変動している。

Review Questions確認問題

Exercises 1–4練習問題 1–4
Exercise 1問題 1
Which plasma membrane component can be either found on its surface or embedded in the membrane structure?
細胞膜の表面にある場合も、膜構造に埋め込まれている場合もある構成要素はどれか。
  1. protein
    タンパク質
  2. cholesterol
    コレステロール
  3. carbohydrate
    糖質
  4. phospholipid
    リン脂質
Solution解き方
A
A
Exercise 2問題 2
Which characteristic of a phospholipid contributes to the fluidity of the membrane?
リン脂質のどの特徴が、膜の流動性に寄与するか。
  1. its head
    頭部
  2. cholesterol
    コレステロール
  3. a saturated fatty acid tail
    飽和脂肪酸の尾部
  4. double bonds in the fatty acid tail
    脂肪酸尾部の二重結合
Solution解き方
D
D
Exercise 3問題 3
What is the primary function of carbohydrates attached to the exterior of cell membranes?
細胞膜の外側についた糖質の主な機能は何か。
  1. identification of the cell
    細胞の識別
  2. flexibility of the membrane
    膜の柔軟性
  3. strengthening the membrane
    膜の強化
  4. channels through membrane
    膜を通るチャネル
Solution解き方
A
A
Exercise 4問題 4
A scientist compares the plasma membrane composition of an animal from the Mediterranean coast with one from the Mojave Desert. Which hypothesis is most likely to be correct?
ある科学者が、地中海沿岸の動物とモハーヴェ砂漠の動物の細胞膜組成を比較する。最も正しいと考えられる仮説はどれか。
  1. The cells from the Mediterranean coast animal will have more fluid plasma membranes.
    地中海沿岸の動物の細胞は、細胞膜の流動性がより高い。
  2. The cells from the Mojave Desert animal will have a higher cholesterol concentration in the plasma membranes.
    モハーヴェ砂漠の動物の細胞は、細胞膜中のコレステロール濃度がより高い。
  3. The cells’ plasma membranes will be indistinguishable.
    両者の細胞膜は区別がつかない。
  4. The cells from the Mediterranean coast animal will have a higher glycoprotein content, while the cells from the Mojave Desert animal will have a higher lipoprotein content.
    地中海沿岸の動物の細胞は糖タンパク質の含有量がより高く、モハーヴェ砂漠の動物の細胞はリポタンパク質の含有量がより高い。
Solution解き方
B
B

Critical Thinking Questions考察問題

Exercises 5–7練習問題 5–7
Exercise 5問題 5
Why is it advantageous for the cell membrane to be fluid in nature?
細胞膜が流動的な性質をもつことは、なぜ有利なのか。
Solution解き方
The fluid characteristic of the cell membrane allows greater flexibility to the cell than it would if the membrane were rigid. It also allows the motion of membrane components, required for some types of membrane transport.
膜が硬い場合に比べて、細胞膜の流動性は細胞に高い柔軟性を与える。また、一部の膜輸送に必要な、膜構成要素の移動も可能にする。
Exercise 6問題 6
Why do phospholipids tend to spontaneously orient themselves into something resembling a membrane?
リン脂質は、なぜ自発的に膜に似たものを作る向きに並びやすいのか。
Solution解き方
The hydrophobic, nonpolar regions must align with each other in order for the structure to have minimal potential energy and, consequently, higher stability. The fatty acid tails of the phospholipids cannot mix with water, but the phosphate “head” of the molecule can. Thus, the head orients to water, and the tail to other lipids.
構造の位置エネルギーを最小にして安定性を高めるには、疎水性の無極性領域どうしがそろう必要がある。リン脂質の脂肪酸尾部は水と混ざれないが、リン酸の「頭部」は水と混ざれる。そのため、頭部は水のほうを、尾部はほかの脂質のほうを向く。
Exercise 7問題 7
How can a cell use an extracellular peripheral protein as the receptor to transmit a signal into the cell?
細胞は、細胞外側の周辺性タンパク質を受容体として使い、どのようにシグナルを内部へ伝えられるか。
Solution解き方
Peripheral proteins can bind to other molecules in the extracellular space. However, they cannot directly transmit a signal to the inside of the cell since they do not have a transmembrane domain (region that goes through the plasma membrane to the inside of the cell). They must associate with integral membrane proteins in order to pass the signal to the inside of the cell.
周辺性タンパク質は、細胞外空間のほかの分子に結合できる。しかし、細胞膜を貫いて細胞内に至る膜貫通領域がないため、シグナルを内部へ直接伝えることはできない。細胞内へシグナルを渡すには、内在性膜タンパク質と結びつく必要がある。
amphiphilic
両親媒性
molecule possessing a polar or charged area and a nonpolar or uncharged area capable of interacting with both hydrophilic and hydrophobic environments
極性または帯電した領域と、無極性または電荷のない領域をもち、親水性と疎水性の両方の環境と相互作用できる分子の性質
fluid mosaic model
流動モザイクモデル
describes the plasma membrane's structure as a mosaic of components including phospholipids, cholesterol, proteins, glycoproteins, and glycolipids (sugar chains attached to proteins or lipids, respectively), resulting in a fluid character (fluidity)
細胞膜の構造を、リン脂質、コレステロール、タンパク質、糖タンパク質、糖脂質などの構成要素のモザイクとして説明するモデル。糖タンパク質と糖脂質では、それぞれタンパク質と脂質に糖鎖が結合する。この構成により流動的な性質、すなわち流動性が生じる
glycolipid
糖脂質
combination of carbohydrates and lipids
糖質と脂質の組み合わせ
glycoprotein
糖タンパク質
combination of carbohydrates and proteins
糖質とタンパク質の組み合わせ
hydrophilic
親水性
molecule with the ability to bond with water; “water-loving”
水と結合できる分子の性質。「水を好む」
hydrophobic
疎水性
molecule that does not have the ability to bond with water; “water-hating”
水と結合する能力をもたない分子の性質。「水を嫌う」
integral protein
内在性タンパク質
protein integrated into the membrane structure that interacts extensively with the membrane lipids' hydrocarbon chains and often spans the membrane
膜構造に組み込まれ、膜脂質の炭化水素鎖と広く相互作用し、しばしば膜を貫くタンパク質
peripheral protein
周辺性タンパク質
protein at the plasma membrane's surface either on its exterior or interior side
細胞膜の外側または内側の表面にあるタンパク質