選択透過性とは 例

選択透過性とは、特定の溶質のみを一方の側から他方の側に通過させる膜の能力です。つまり、通過できる溶質と通過できない溶質を選択または選択する能力を付与し、膜を通過する分子とイオンの輸送を調節する能力を指します。

選択的透過性を示す膜は、排他的なクラブのゲートキーパーのように機能し、誰が入室し、誰が入室しないかを注意深く監視して、適切な人だけが中にいることを確認します. さらに、外に出なければならない分子を除去する役割も果たします。このタイプの輸送は、受動的（濃度勾配を下ってエネルギーを必要としない）または能動的（濃度勾配に対して、ATPまたはGTP加水分解を介して）のいずれかで実行できます。

半透膜に対する選択的透過性

選択透過性と混同されることが多い関連用語は、半透過性です。実際、多くの生物学者や健康科学の専門家は、生物学や医学のテキストと同様に、完全に真実ではない場合でも、両方の用語を同じであるかのように使用しています.

半透膜は、サイズ、極性、電荷などの特性に基づいて溶質の通過を制限するものです。この意味で、あるサイズの中性溶質を通過させる半透膜は、そのサイズまたはそれより小さい中性溶質はすべて通過させますが、より大きな中性分子は通過させません。

これが、逆浸透による海水の淡水化に使用される半透膜の動作原理です。これらは、水分子のみを通過させ、溶解イオンやその他のより大きな中性溶質を通過させない、非常に小さな孔を持つ高分子合成膜です。

一方、選択的に透過性のある膜は、グルコースなどの分子は透過できますが、別のさらに小さな炭水化物は透過できません。その理由は、選択透過性の場合、この選択性が半透過性の場合よりもはるかに特異的だからです。

おそらく、生物学者がしばしば両方の用語を同じ意味で使用する混乱や理由は、細胞膜が半透膜と選択的透過膜の最もよく知られた例の 1 つであるためです。実際、細胞内では、半透過性と選択的透過性がほぼ常に連携して機能し、細胞内外への輸送を制御して、各細胞の生存と効率を維持する複雑なバランスを維持しています。

選択メカニズム

選択性と半透過性の根本的な違いは、粒子が膜の一方の面から他方の面に通過できるかできないかのメカニズムです。半透膜の場合、浸透と単純拡散が主な輸送メカニズムです。浸透は、水分子がアクアポリンと呼ばれるタンパク質によって形成された孔を通って膜を横切り、より希薄な区画から溶質がより濃縮された区画に移動するときに発生します。

一方、膜は、親水性のリン酸基が膜の両側に露出している一方で、脂肪酸の疎水性の尾部が中央に集中しているリン脂質二重層によって形成されています。これにより、極性の溶質とイオンが膜を横切るのを防ぎますが、酸素や二酸化炭素などの小さな非極性の溶質は一方の側から他方の側に自由に拡散できます。

代わりに、溶質の通過に関する膜の選択性は、ほとんどの場合、1 つまたは複数の膜タンパク質によって媒介されます。選択的透過性には、促進された拡散または能動輸送のいずれかが含まれます。

促進された拡散

促進拡散は、担体タンパク質によって媒介される受動輸送の一種です。典型的なケースでは、これらのタンパク質は膜の片側で溶質 (または基質) に結合します。溶質が結合すると、タンパク質のコンフォメーションが変化し、溶質が膜を横切って押し出され、反対側に放出されます。

促進拡散による選択透過性の例

• このタイプのグルコース輸送メカニズムの古典的な例は、グルコース輸送体と呼ばれるタンパク質のファミリーによって媒介されます (覚えるのは簡単です)。SLC2 と呼ばれる輸送タンパク質のファミリー全体があり、特定の炭水化物、無機陽イオンと無機陰イオン、およびその他の溶質の選択的輸送を担っています。

膜を横切る能動輸送

能動輸送の場合、これは濃度勾配に逆らって膜を通過する溶質の輸送を指します。この勾配に逆らうことにより、プロセスが行われるためにエネルギーが供給されなければならず、それが「能動的」輸送と呼ばれる理由です.

能動輸送には主に 2 つのタイプがあります。これらは、一次能動輸送 (ポンプと呼ばれる酵素が勾配に逆らって溶質を直接輸送する場合) と二次能動輸送 (1 つのポンプが別の溶質をその勾配に逆らって輸送し、この勾配が最初の溶質がその勾配を下って移動する間に、その勾配に逆らって 2 番目の溶質を輸送するためのエネルギー)。

能動輸送による選択的透過性の例

• 一次能動輸送の例として、ATP 分子に含まれるエネルギーを使用して、3 つのナトリウム イオンを細胞から同時に輸送し、2 つのカリウム イオンを細胞内に輸送するナトリウム/カリウム ポンプを挙げることができます。濃度勾配。
• 能動輸送のもう 1 つの例は、ミトコンドリア内膜のプロトン ポンプです。この特定のケースでは、プロトンを濃度勾配に逆らって移動させるのに必要なエネルギーは、好気性呼吸チェーンの酸化還元反応に由来します。このタイプの輸送により、ミトコンドリアの内膜は選択的に透過性の膜になります。
• 最後に、二次能動輸送の例として、アンチポーター ナトリウム カルシウムによって媒介されるカルシウム イオンに対する膜の選択的透過性があります。このアンチポーターは、ナトリウム カリウム ポンプによって生成されたナトリウム濃度勾配を使用して、1 つのカルシウム イオンを細胞から送り出し、3 つのナトリウム イオンが細胞内に入ります。

参考文献

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