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かずひろ解剖学 図解ライブラリ
細胞膜を介する物質輸送
図 01-1-41
この図の解説
この図は、細胞膜を通した物質の出入りを5つの方式に整理した比較図である。左から順に、拡散(単純拡散・促通拡散)、イオンポンプ、イオンチャネル(電位依存チャネル・リガンド作動チャネル)が並ぶ。まず色分けに注目したい。矢印がすべて濃度の高い側から低い側へ下向きに向かうものは受動輸送で、エネルギーを使わない。単純拡散では水・酸素・二酸化炭素・脂溶性物質が脂質二重層をそのまま通過し、促通拡散ではアミノ酸やグルコースが担体タンパク質を介して運ばれる。中央のイオンポンプだけは「ATP」の文字とともに矢印が濃度勾配に逆らって描かれ、Naを細胞外へ、Kを細胞内へ汲み出す能動輸送を示す。右のイオンチャネルは、電位変化を感知して開くもの(赤い波形=活動電位)と、リガンドが結合して開くものの2型に分かれる。受動か能動か、そして通す物質は何かを対応づけて読むのがこの図の要点である。
学習の要点
- 膜輸送は受動輸送(拡散・チャネル)と能動輸送(ポンプ)に大別され、ATPを使うのはイオンポンプだけである。
- 覚え方のコツ: 「ポンプだけ坂を上る」。濃度勾配に逆らう=能動輸送=ATP必要はイオンポンプのみ、残り4つは坂を下る受動輸送。
- 関連知識: Na-Kポンプがつくる細胞内外のイオン差は、神経細胞の静止電位・活動電位の土台になる。ナトリウムチャネルが開くと脱分極が起こる。
- よくある間違い: 促通拡散を「担体を使うから能動輸送」と誤解しやすいが、濃度勾配に従うので受動輸送。担体の有無と能動・受動は別問題。
- 臨床応用: リガンド作動チャネルは神経伝達物質や水溶性ホルモンが結合して開く。神経-筋接合部の情報伝達を理解する基礎になる。
比較表
| 方式 | 受動/能動 | 通す物質・特徴 |
|---|---|---|
| 単純拡散 | 受動輸送 | 水・酸素・二酸化炭素・脂溶性物質→脂質二重層を通過 |
| 促通拡散 | 受動輸送 | アミノ酸・グルコース→担体タンパク質を通過 |
| イオンポンプ | 能動輸送 | イオン→ATPでNaを細胞外・Kを細胞内へ、濃度勾配に逆らう |
| 電位依存チャネル | 受動輸送 | 電位変化を感知しゲートが開く(活動電位の伝導) |
| リガンド作動チャネル | 受動輸送 | 受容体にリガンドが結合しゲートが開く |
確認問題（選ぶと正解が分かります）
細胞膜を介する物質輸送のうち、ATPのエネルギーを必要とする能動輸送はどれか。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
単純拡散では、水・酸素・二酸化炭素・脂溶性物質が細胞膜の（ ）をそのまま自由に通過する。（ ）に入る語を答えよ。
答えを見る
答え: 脂質二重層
促通拡散は、ATPのエネルギーを利用してグルコースを濃度勾配に逆らって運ぶ輸送である。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
細胞膜内外の電位の変化を感知してゲートが開き、活動電位の伝導に関与するのはどちらか。
✓ 正解！✗ 不正解（緑が正解）
細胞膜を介する物質輸送について、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（8問）
柔道整復師
- 細胞膜でのグルコースの移動を担うのはどれか。 （第28回柔道整復師国家試験（2020）午前 問81）
鍼灸・あん摩マッサージ指圧師
- 膜輸送について正しいのはどれか。 （鍼灸 第25回(2017) 問題16）
- 小腸で主に能動的に吸収されるのはどれか。 （あマ指 第25回(2017) 問題31）
- 能動輸送はどれか。 （あマ指 第23回(2015) 問題27）
- 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）
- 細胞膜について正しい記述はどれか。 （鍼灸 第9回(2001) 問題34）
- 消化管からの吸収の仕組みで誤っているのはどれか。 （鍼灸 第7回(1999) 問題40）
- 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）