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細胞膜の資料
生物学には素人の質問ですみません。 微生物の細胞膜の電気化学的な特性に関する資料・本を 探しています。 新宿のジュンク堂書店で一通り、生物関係の本を簡単に めくりましたが、見つけられませんでした。 特に、細胞壁の電気化学的な特性に関して定量的な (どれくらいの電界で何が起きるかというような) 説明のある資料にお心当たりのある方がおられましたら、 お教え下さい。
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>ただ、その後少し考えて、細胞膜でも脂質二重層の部分とか貫通タンパ（イオンチャネルやポンプ？）という機能が異なる（当然電気的な特性も異なると思われる）構造があるため、そのどこに上記の電界を加えるのか（一様に加わっているとしたらどこが破壊されているのか）を知る必要があると考えました。 Weaverのモデルでは一応、脂質二重膜のところに穴が開くと考えられているようです（穴のところで二重膜の表と裏が綴じて折り返したようになり、親水性基で穴が囲まれる形なる）。 実践的には大腸菌のelectroporationでは、低イオン強度の溶媒（純水）に懸濁して電極の間におき、1 mmの電極間ギャップにつき1.25 kVくらいの電圧をかけます。 菌や細胞は微小なので、どの部分に電圧をかけるというようなコントロールはできません。懸濁液全体に電圧をかけます。
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- geneticist12
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それを調べることで何を知ろうとしているのか、何をやろうとしているのかがわからないので、ピントが外れるかもしれませんが、 直接、電界によって細胞膜がどのように影響を受けるかという研究はほとんどないと思います。 >細胞壁の電気化学的な特性に関して定量的な こういう研究は皆無でしょう。 しかし、細胞に外部から遺伝子(DNA）やタンパク質、ある種の薬剤などを導入する方法として、細胞に電圧をかけるという方法は非常によく使われています。大腸菌などの細菌からほ乳類の培養細胞などまで広く用いられているelectroporation（電気穿孔法）というやつで、電圧をかけることによって、瞬間的に細胞膜に穴をあける方法です。 電圧をかけることで穴が開くのだろうということは想像がついているのですが、実際に細胞膜がどのような挙動を示すのかということに関しては、直接的なデータはありません。しかし、推測的・理論的モデルはいくつか提唱されていて研究論文もかなりあります。これらの研究が、電解における細胞膜の挙動の問題に関してはもっとも進んでいると思います。 Google Scholarで「electroporation」を検索してみてください。特に「Weaver」という人が第一人者のようですので、reviewなどを中心に、合わせて検索してみるといいでしょう。 追伸、 「微生物」とはどんな生物をイメージしているのでしょうか？ 細菌？ 真菌？ 単細胞生物？ 「細胞膜」の話でいいのですよね？ 「細胞壁」とも書いているので。 別物だということは言わずもがな。細胞壁は電界によってダイナミックに変化するたちのものではないと思います。
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ありがとうございます。 目的については、ご指摘の通り一番重要だと思うのですが 人から依頼を受けている関係で、はっきりとは書けないのですみません。 electroporation については、数ヶ月前に検索したことがあり遺伝子導入の方法として 数十V（だったと思いますが）の電界を加えて一時的に細胞膜に穴を開ける というようなことを読んだ記憶があります。 ただ、その後少し考えて、細胞膜でも脂質二重層の部分とか貫通タンパク （イオンチャネルやポンプ？）という機能が異なる（当然電気的な特性も異なると思われる）構造があるため、 そのどこに上記の電界を加えるのか（一様に加わっているとしたらどこが破壊されているのか） を知る必要があると考えました。 別質問でも各構成要素の比誘電率をお聞きしていますが、 （外部からの）ある条件下で細胞膜の両端にどんな電界の分布がされるのか 電気的なシュミレーションをかけたいと思っています。 微生物の種類は細菌です。 （グラム陽性細菌などの細胞壁の厚い細菌はまた別の 検討をしなくてはいけないのかなどと考えていたので） 細胞壁はちょっと混同して書いてしまいました。 electroporationでもう一度、じっくり検索してみようと思います。
細胞膜→動物、植物、菌類などどれにもある。昔は原形質膜と呼んだ。脂質二重膜で出来ていることが多い。 細胞壁→植物、一部の菌類にある。セルロース、キチンなどで出来ており「骨格」を維持する為にほとんど動かない。 どちらの事をお尋ねですか？ 多分前者だと思います。簡単なところで、 ポピュラー・サイエンス 細胞膜のしくみ―構造と機能 八幡 義人【著】 裳華房 （2008/02/05 出版） 200p / 19cm / B6判 ISBN： 9784785387846 NDC分類： 463 価格： ￥1,680 (税込) などはいかがでしょうか。
お礼
早速のアドバイスありがとうございます。 そうです。 知りたいのは細胞膜：脂質二重膜の電気化学的な特性です。 比較的絶縁性が高く、イオンチャンネルで細胞内外のイオン濃度の 調節をしているとかまでは分かったのですが、膜の両側に 電界が加わった場合の挙動を定量的に(大体 何Vで何が起きるのか) 知るためのヒントがあればと思っています。 新しい本ですね。早速探してみます。
お礼
詳細なご説明ありがとうございます。 1.25kVと聞いて、そんなに高いのかと思いましたが、考えてみると長さ1mmで単純な1μmΦの 円柱状の純水の中に1μmΦの細菌がいると考えると、細菌と純水が同じ導電率でも細菌の両端は 1/1000で 1.25Vとなり、実際には純水と細菌細胞の導電率比があるので 細胞にかかる電圧はもっと低いことになりますね。 （かなり単純化しているので、桁以上の意味はない数字かとも思いますが） さらにその内のいくらかが細胞膜にかかるという事になると思いますので直接膜に加わる電界は、 静止膜電位や活動膜電位という自発的な電位（数十mV）＋α 程度でも 細胞膜に穴が空く可能性がありそうだと思えてきました。 また、今日になって「生体膜表面は負電荷を帯び、タンパク質は正電荷を帯びているため、静電作用が生じ生体膜近傍の環境である緩和な酸性度と静電的相互作用で結合している。」 http://reposit.lib.kumamoto-u.ac.jp/bitstream/2298/460/1/23_102_001.pdf という論文を見つけました。 この説からも、「生体膜表面が帯びている負電荷の静電結合力を打ち消す程度の電界が 外部から加われば生体膜はその結合力を失う」という事が言えそうに思います。 この領域は実際の実験などで確認が困難でしょうから、仮説に仮説を 継ぎ足しているような感じもありますが おぼろげながら、何となく分かってきたような気がします。 本当にありがとうございました。