細胞膜はリン脂質二重層でできており、選択的透過性（必要なものだけを通す性質）をもつ。物質の移動には、エネルギーを使わない受動輸送（単純拡散・促通拡散・浸透）と、ATPを使って濃度勾配に逆らって移動させる能動輸送（Na⁺/K⁺ポンプなど）があり、国試では両者の違いやイオンチャネルの種類が頻出する。
| 読み方 | さいぼうまく |
|---|---|
| 構成成分 | リン脂質二重層（頭部＝親水基が外側・内側、尾部＝疎水基が二重層内部） |
| 主な性質 | 選択的透過性（小さい分子・脂溶性物質は通しやすく、大きい分子・イオンは通しにくい） |
| 受動輸送の種類 | 単純拡散・促通拡散・浸透（いずれもエネルギー不要、高濃度→低濃度） |
| 能動輸送の代表例 | Na+/K+ポンプ：ATPを1個消費し、3Na+を細胞外へ、2K+を細胞内へ輸送 |
| エンドサイトーシス | 食作用（ファゴサイトーシス＝固形物）・飲作用（ピノサイトーシス＝液体）、いずれもATPを使う能動輸送の一種 |
| 国試での狙われ方 | 各輸送方式のエネルギー要否・移動方向・代表例（Na+/K+ポンプの数値やイオンチャネルの種類）の組み合わせを問う設問が頻出 |
細胞膜はリン脂質二重層でできており、リン脂質分子は親水基（頭部・水になじむ）と疎水基（尾部・水をはじく）をもつ。二重層は親水基が外側・内側（水側）を向き、疎水基が層の内部で向かい合う構造になっている。膜にはチャネル・トランスポーター（担体）・ポンプなどの膜タンパク質が埋め込まれており、これらを介した物質輸送によって選択的透過性が生まれる。
| 構成要素 | 特徴 |
|---|---|
| 親水基（頭部） | 水になじむ。膜の外側・内側の両表面に位置する |
| 疎水基（尾部） | 水をはじく。二重層の内部で向かい合う |
| チャネル | イオンなどを通す通り道（受動輸送） |
| トランスポーター | 特定の物質を運ぶ担体（受動輸送） |
| ポンプ | ATPのエネルギーを使って物質を輸送する（能動輸送） |
細胞膜は選択的透過性をもち、必要なものは通し、不要なものは通さない。小さい分子や脂溶性の物質は脂質二重層を直接通過できるが、大きい分子やイオンは電荷やサイズの関係で膜を通れず、膜タンパク質（チャネルやトランスポーター）の助けが必要になる。
| 区分 | 物質の例 | 理由 |
|---|---|---|
| 通りやすい | O2・CO2・N2などの小さい分子 | 脂質二重層を直接通過できる |
| 通りやすい | ステロイド・脂溶性ビタミン・アルコールなどの脂溶性物質 | 脂質とよく溶け合う |
| 通りにくい | タンパク質・多糖類などの大きい分子 | サイズが大きく膜を通れない |
| 通りにくい | Na+・K+・Ca2+・Cl-などのイオン | 電荷があるため脂質二重層を通れない |
| 単独では通りにくい | 水（H2O） | アクアポリン（チャネル）を使って通過する |
この選択的透過性が、細胞内外の環境をコントロールする土台になっている。
受動輸送は濃度差に従って、物質が高い方から低い方へ移動するしくみで、ATPなどのエネルギーを使わない。単純拡散・促通拡散・浸透の3種類がある。
| 種類 | しくみ | 特徴 |
|---|---|---|
| ①単純拡散 | 小さな分子が膜を直接通過する | チャネルやキャリアを使わない |
| ②促通拡散 | チャネルやキャリア（膜タンパク質）を使って移動する | 特定の物質だけを選んで通す |
| ③浸透 | 水（H2O）が半透膜を通って移動する | 水は溶質の少ない方（低浸透圧）から多い方（高浸透圧）へ移動する |
いずれも移動の駆動力は濃度差（または浸透圧差）であり、エネルギーは不要である。
イオンチャネルは細胞膜にあるタンパク質の通り道で、特定のイオンだけを選択的に通す。刺激によってゲートが開閉し、濃度差・電位差に従ってイオンが通過する（受動輸送、エネルギー不要）。
| 種類 | 開く条件 | 例 |
|---|---|---|
| 電位依存性チャネル | 膜の電位変化（脱分極など） | Na+チャネル、K+チャネル、Ca2+チャネル（神経の活動電位、筋収縮） |
| リガンド依存性チャネル | 特定の物質（リガンド）の結合 | アセチルコリン受容体、GABA受容体、グルタミン酸受容体（神経伝達、筋収縮の開始） |
| 機械刺激依存性チャネル | 圧力・伸展などの物理的刺激 | 皮膚の触圧覚受容チャネル、内耳の機械受容チャネル（触覚・聴覚・平衡感覚） |
| 主に通すイオン | 働き |
|---|---|
| Na+（ナトリウムイオン） | 神経興奮の発生・伝達に重要 |
| K+（カリウムイオン） | 静止電位の維持に重要 |
| Ca2+（カルシウムイオン） | 筋収縮や神経伝達物質の放出を引き起こす |
| Cl-（塩化物イオン） | 細胞の興奮や抑制に関与 |
能動輸送は濃度の低い方から高い方へ、濃度勾配に逆らって物質を移動させるしくみで、ATPを消費してポンプ（輸送体タンパク質）を動かす。代表例がNa+/K+ポンプである。
| ステップ | 内容 |
|---|---|
| ① | 細胞内のNa+が3個ポンプに結合する |
| ② | ATPを分解してエネルギーを得て、形が変化しNa+を細胞外へ放出する |
| ③ | 細胞外のK+が2個ポンプに結合する |
| ④ | 形がもとに戻り、K+を細胞内へ放出する |
1サイクルでATPを1個消費し、3Na+を細胞外へ、2K+を細胞内へ輸送する。この結果、Na+は細胞外に多く、K+は細胞内に多い状態が常に維持される。他にCa2+ポンプ（筋収縮の調節）、H+ポンプ（胃酸分泌）、グルコースのNa+共輸送（小腸・腎臓でのグルコース吸収）などがある。
| 受動輸送 | 能動輸送 | |
|---|---|---|
| 移動方向 | 高→低 | 低→高 |
| エネルギー | 不要 | ATPが必要 |
| 例 | 単純拡散・促通拡散・浸透・イオンチャネル | Na+/K+ポンプ、Ca2+ポンプなど |
大きな物質や液体は膜を直接通れないため、膜がくぼみを作って包み込み細胞内へ取り込む。これをエンドサイトーシスといい、食作用（ファゴサイトーシス）と飲作用（ピノサイトーシス）があり、どちらもATPを使う能動輸送の一種である。
| 食作用（ファゴサイトーシス） | 飲作用（ピノサイトーシス） | |
|---|---|---|
| 取り込むもの | 固形の大きな物質（細菌、異物など） | 液体や小さな物質（栄養素、ホルモンなど） |
| 大きさの目安 | 大きい（数百nm以上） | 小さい（数nm〜数十nm） |
| 小胞の名前 | ファゴソーム | ピノソーム |
| 主な役割 | 異物の除去・防御（免疫の最前線） | 栄養の取り込み・調整 |
| 代表例 | 白血球（マクロファージ）が細菌を食べる | ほとんどの細胞での栄養素・ホルモン・成長因子の取り込み |
食作用の代表例である白血球（マクロファージ）は、①細菌などの異物を発見→②偽足を伸ばして包み込む→③ファゴソーム形成→④リソソームと融合→⑤分解し老廃物を排出、という過程で異物を排除する。
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