細胞膜の魅力的な物語

概要

本記事では、私たちの体内のすべての細胞にとって生存に不可欠な細胞膜の理解の歴史を探求します。19世紀末から20世紀初頭にかけて行われた科学者たちの実験について、細胞膜の脂質構成と二重層であることが発見された経緯について掘り下げます。

細胞膜の重要性

私たちの体内のすべての細胞は、細胞膜によって囲まれ、細胞を外部環境から隔てるバリアとして機能します。細胞膜は、物質の出入りを調節し、栄養素の取り込みと廃棄物の排出を可能にする役割を持っています。また、細胞の形状と安定性を維持する重要な役割も果たしています。

脂質の発見と単分子膜

細胞膜の脂質構成の発見は、19世紀末にドイツ人のアグネス・ポッケルスが行った観察から始まりました。彼女は食器を洗っているときに、すべての洗剤が同じように油汚れを溶かすわけではないことに気づきました。彼女は、水を入れた金属のトレーの表面に形成される石鹸の膜の大きさを注意深く測定し、油分子の単分子膜の発見につながりました。

1920年代、GEの科学者アーヴィング・ラングミアとキャスリーン・ブロジェットは、この問題をさらに調べ、これらの微小な滑らかな膜が実際に油分子の単一層であることを発見しました。各油分子には、水を好む側と水を嫌う側があり、水面に浮かんでいる一方、空気中に突き出している一方です。

20世紀初頭、化学者のチャールズ・オーバートンとハンス・メイヤーは、細胞膜が、油と同様に、水を好む部分と水を嫌う部分を持つ物質で構成されていることを実証しました。これらの物質は現在、脂質として知られています。

二重層の実験

1925年、科学者のエバート・ゴーダーとフランソワ・グレンドは、細胞膜が脂質の一層（単分子層）だけでできているのか、または二層が重なり合っているのか（二重層）を決定するための実験を行いました。彼らは、犬、羊、ウサギ、ヤギ、モルモット、そして人間のボランティアを含むさまざまな動物から血液を採取し、赤血球からすべての脂質を抽出し、この抽出物の数滴を水のトレーに置きました。

脂質は、予想どおり、細胞内の脂質がシート状に広がった単分子層に広がり、ゴーダーとグレンドはそのサイズを測定することができました。彼らは、その単分子層の表面積を完全な赤血球の表面積と比較することで、赤血球膜が一層か二層かを判断することができました。

実験の設計を理解するために、サンドイッチを見下ろすイメージを想像してください。あなたが見ているものの表面積を測定すると、完全に重ねられた2枚のパンの寸法になります。しかし、サンドイッチを開いて2枚のパンを並べると、表面積が2倍になります。ゴーダーとグレンドの実験は、基本的には同じアイデアです。

開いたサンドイッチは、抽出した細胞脂質がシート状に広がった単分子層です。閉じたサンドイッチは、完全な赤血球膜です。彼らは、2対1の比率を観察し、細胞膜が二重層であることを証明しました。