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かずひろ解剖学 図解ライブラリ
イオンポンプ
図 01-1-05
この図の解説
この図で見るべきは、ナトリウム-カリウムポンプがイオンを「どの向きに」「いくつ」運ぶかである。細胞膜の脂質二重層に埋まった茶色のポンプタンパク質が、細胞内のナトリウムイオン（橙の六角形）3分子を細胞外へ汲み出し、入れ替わりに細胞外のカリウムイオン（黄の楕円）2分子を細胞内へ取り込む。中央ではATPがADPへ分解される場面が描かれ、この輸送が濃度勾配に逆らう能動輸送であることを示している。その結果、細胞外はナトリウムが、細胞内はカリウムが高濃度になり、陽イオンの分布に偏りが生じて静止電位の土台がつくられる。まず「3つ出て2つ入る」向きと、ATPがエネルギー源である点の2つを押さえたい。
学習の要点
- ナトリウム-カリウムポンプはATP分解のエネルギーを使い、Na⁺を3分子細胞外へ汲み出し、K⁺を2分子細胞内へ取り込む能動輸送を行う。
- 覚え方のコツ: 「3ナト出て2カリ入る」。汲み出すNaが3、取り込むKが2で、出る方が1つ多い。
- 関連知識: 細胞外にNa⁺、細胞内にK⁺という偏りができることが、神経細胞や筋細胞の静止電位・活動電位を生む土台になる。
- よくある間違い: 輸送の向きを逆に覚えること。Naは細胞外へ、Kは細胞内へ運ぶ。エネルギー不要の受動輸送と取り違えるのも頻出。
比較表
| 輸送方式 | エネルギー | 運ぶもの・特徴 |
|---|---|---|
| 単純拡散 | 不要（受動輸送） | 水・酸素・二酸化炭素・脂溶性物質が脂質二重層を自由に通過 |
| 促通拡散 | 不要（受動輸送） | 担体タンパクがアミノ酸・グルコースを運ぶ |
| イオンポンプ | 必要（能動輸送・ATP） | Na⁺を外へ・K⁺を内へ、濃度勾配に逆らって輸送 |
| イオンチャネル | 不要（受動輸送） | 孔（ゲート）を開閉し特定イオンを通す |
確認問題（選ぶと正解が分かります）
ナトリウム-カリウムポンプの働きについて正しいのはどれか。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
ナトリウム-カリウムポンプは、細胞内のナトリウムイオン（ ア ）分子を細胞外へ汲み出し、細胞外のカリウムイオン（ イ ）分子を細胞内へ取り込む。ア・イに入る数字を答えよ。
答えを見る
答え: ア＝3、イ＝2
イオンポンプによる物質輸送は、エネルギーを必要としない受動輸送である。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
ナトリウム-カリウムポンプについて誤っているのはどれか。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
ナトリウム-カリウムポンプの働きによって、細胞外に高濃度に保たれる陽イオンはどちらか。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
ナトリウム-カリウムポンプにより陽イオンの分布に偏りが生じる。生きている細胞の荷電状態として正しいのはどれか。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
この図が出てくる問題（11問）
柔道整復師
- 細胞内液中の陽イオンで最も濃度が高いのはどれか。 （第29回柔道整復師国家試験（2021）午前 問82）
- 非興奮時の神経細胞膜で透過性が最も高いのはどれか。 （第25回柔道整復師国家試験（2017）午前 問78）
鍼灸・あん摩マッサージ指圧師
- 正常な体液について正しいのはどれか。 （あマ指 第31回(2023) 問題23）
- 細胞外液中の陽イオンで最も多いのはどれか。 （あマ指 第27回(2019) 問題27）
- 細胞外液について正しいのはどれか。 （鍼灸 第25回(2017) 問題27）
- 細胞外液中で最も濃度の高いのはどれか。 （あマ指 第20回(2012) 問題34）
- 細胞膜のナトリウムポンプに関連が深いのはどれか。 （あマ指 第18回(2010) 問題34）
- 物質の移動に際して化学エネルギーが必要なのはどれか。 （あマ指 第10回(2002) 問題39）
- 静止電位を生じる細胞膜内外の違いはどれか。 （鍼灸 第6回(1998) 問題44）
- ナトリウムポンプで正しいのはどれか。 （鍼灸 第5回(1997) 問題44）
- 細胞内液で濃度が最も高い陽イオンはどれか。 （あマ指 第3回(1995) 問題39）