細胞膜の働き

合言葉は「ホメオスタシス」。魔法の呪文ではありません。でも、私たちの体が持つ不思議な仕組みです。その力はなんと「周りに流されない」こと。周りの意見に流されそうな時でも、私たちの体はいつでも「自分らしく」働いています。

細胞膜の構造

動物の細胞は「細胞膜」と呼ばれる薄い膜で囲まれています。
細胞膜の基本的な構造はとてもシンプルですが、細胞が生きていくためにはなくてはならない大切な膜です。

そんな細胞膜を作る材料は、「リン酸脂肪酸」という物質です。
この物質は、とても変わっていて、丸い頭のような部分は水にくっつく性質があります(親水基)。反対に、長い尻尾の部分は水を嫌がって油にくっつく性質があるのです(親油基)。そのため、リン酸脂肪酸を水の中にいれると、尻尾の部分は水に触れないように整列します。

下の図は、リン酸脂肪酸(ピンク&赤)でできた細胞膜の一部をイラストにしたものです。
尻尾の部分が内側になるように、丸い頭をそれぞれ外側(イラストでは上下)に向けています。このように、互いの尻尾を向け合って二重構造を作ることで、尻尾が水に触れないようにするのです。

このように二重構造を持つことで、細胞は1つの袋(細胞膜)に囲まれた構造になるのです。

通す?通さない?(選択的透過性)

リン酸脂肪酸の性質から、細胞膜の特徴はとても変わっています。
それは、「何でもかんでも細胞膜を通過できない」という性質(選択的透過性)です。

尻尾の部分は水が嫌いですので、水分が細胞膜を通るのは容易ではありません。
ただし、細胞内でも水分は必要なので、水分専用ゲート(アクアポリン)が細胞膜にはついています。

また、リン酸脂肪酸同士の間はとてもせまく、大きな物質が通ることも大変です。そのため、タンパク質などの大きな物質も専用ゲートを使って、細胞膜を通過します。

このように、細胞外から中に入る物質、あるいは、細胞内から外へ出る物質というのは、細胞膜によって厳しく制限されています。
そうすることで、細胞内の秩序が保たれ、細胞内での仕事がはかどるのです。

拡散と浸透

また、物質が細胞膜を通る時にポイントになるのが「濃度」です。

細胞内と細胞外で物質の濃度差がある時、その物質は濃度が濃い方から濃度が薄い方へと移動していきます(拡散)。

そして、下の図は塩分を通さない膜で作った人口細胞を、塩分濃度が違う3種類の水溶液に入れた時の細胞の様子をイラストにしたものです。左から順に、「等張液(内と外の塩分濃度が同じ)」「低張液(外の塩分濃度が低い)」「高張液(外の塩分濃度が高い)」と呼ばれます。

それぞれの水溶液に入れられた時、細胞はどのようになるのでしょうか?

等張液:内と外の塩分濃度が同じです。そのため、細胞膜を行き来する水の量は同じになります。

低張液:細胞の外は塩分濃度が低い状態です。細胞は、細胞内外の塩分濃度を同じにしようと試みます。しかし、この細胞膜は塩分を通すことができません。そのため、細胞は水分を細胞内に取り込んで、細胞内の塩分濃度を下げようとしました。たくさんの水分を取り込みましたが、細胞膜が水分を抱えきれずに、ついには破裂してしまいました。

高張液:こちらは、細胞の外が塩分濃度が高くなっています。先ほどと同様に、細胞は塩分濃度を同じにしようとしました。しかし、細胞膜は塩分を通しません。代わりに、細胞内の水分を吐き出して、細胞内の塩分濃度を上げようとしました。水分を排出しすぎて、細胞はいびつな形に縮んでしまいました。

このように、細胞膜の性質と細胞を取り囲む溶液の関係によって、細胞の運命は大きくかわります。そして、こういった知識は、私たちが普段使っているスキンケアアイテムを作る時にも応用されています。

「濃度が高い方から低い方へ」というのは、物理の基本的な法則の1つです。
スキンケアを行う際にも重要ポイントになる物理法則なので、これからエステやスキンケアなどを学ぼうという方は、ぜひ覚えておくと便利です。

周りに流されない合言葉「ホメオスタシス」

このように、細胞膜には「何でもかんでも通さない」性質(選択的透過性)があること、そして「拡散(濃度が高い方から低い方へ)」という物理法則と細胞の関係について紹介しました。

最後に、一番大切なこと。それは「ホメオスタシス」です。
聞きなれない言葉ですが、これこそ、細胞膜が支えている最も大切な役割です。

例えば、私たち人間の体温は、一年を通して36度前後です。仮に、真冬の夜に裸で外出しても、しばらくは体温を保つことができます。あるいは、「人間は恒温動物である」とも言えますね。このように、私たちの体は、体外の環境変化に関係なく、体内の環境を一定に保つ仕組みがあり、その仕組みを「ホメオスタシス(恒常性)」と呼びます。

環境の変化に左右されることなく、体の機能を一定に保つことができるおかげで、人間はあらゆる環境に適応してきました。そんな体の機能を支えるのが、「細胞の内と外」を隔てる細胞膜とその働きなのです。

ハッキリしている、だけど、柔軟性もある境界線を持つことで、細胞はその働きを正常に保つことができます。細胞は、自分を失うことなく、周りともうまくやっているのですね。生命が持つ、神秘の1つと言えるのではないでしょうか?

次回の美容コラムは…

専門的な内容が多かったこのシリーズも、次回がラストとなります。
シリーズ最後のコラムは「細胞を知れば、お肌がわかる」という事を、今までのコラムを振り返りながらお伝えします。

美容コラムの更新は毎週水曜日です。お楽しみに!

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「細胞膜の働き」に3件のコメントがあります

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