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理由で解く 柔道整復師
QJ25A078 生理学
静止（非興奮）時の神経細胞膜で最も透過性が高いのはカリウムイオンである。静止膜電位がおよそマイナス70〜90mVになるのは、K⁺リークチャネルが開いていることによる。
Na⁺-K⁺ポンプがATPを使ってNa⁺を3個外へ、K⁺を2個内へ運ぶため、細胞内はK⁺が高く（約150mM）、細胞外はNa⁺が高い（約145mM）という濃度勾配ができる。静止時に開いているのは主にK⁺リークチャネルなので、K⁺が濃度勾配に従って外へ出ようとし、内側に陰イオンが残って細胞内が負に帯電する。こうしてできる静止膜電位はK⁺の平衡電位に近い値になる。閾値まで脱分極すると電位依存性Na⁺チャネルが一斉に開き、Na⁺透過性が数百倍にはね上がって活動電位の急峻な立ち上がりが生じる。高カリウム血症で細胞外K⁺が上がると静止膜電位が浅くなり、不整脈が起こりやすくなるのもこの原理で説明できる。
🔗 関連図（かずひろ解剖学 図解ライブラリ）
イオンポンプ▶ この図の説明を読む
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（その場で確認・記録には残りません）
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イオンチャネル▶ この図の説明を読む
この図の解説
この図は、細胞膜に埋め込まれたイオンチャネルを左右2つのタイプで対比している。まず注目すべきは、どちらの図でも青いイオンが膜を上から下へ矢印に沿って通り抜けている点で、これはイオンが濃度勾配に沿って移動する受動輸送であることを示す。イオンは電荷をもつため脂質二重層をそのままでは通りにくく、特定のイオンだけを通す孔としてチャネルが用意されている。左の「電位依存チャネル」には赤い活動電位の波形が添えられ、細胞膜内外の電位の変化を感知してゲートが開く。右の「リガンド作動チャネル」では、膜表面の受容体に神経伝達物質やホルモン(リガンド)が結合してゲートが開く。この「ゲートの開き方の違い」が両者を分ける決め手になる。
学習の要点
- イオンチャネルはゲート付きの通り道で、特定のイオンを濃度勾配に沿って通す受動輸送である。
- 覚え方のコツ: ゲートの開くスイッチで二分——「電位」で開く=電位依存、「物質(リガンド)」で開く=リガンド作動。
- 関連知識: 同じ膜輸送でもナトリウム-カリウムポンプはATPを分解する能動輸送で、チャネル(受動)と正反対。神経のシナプスで神経伝達物質が開くのはリガンド作動チャネルの実例。
- よくある間違い: チャネルとポンプの混同。チャネルはエネルギー不要、ポンプはATPが必要。
- 臨床応用: 局所麻酔薬は電位依存性ナトリウムチャネルを塞いで活動電位の発生を止め、痛みの伝導を遮断する。
比較表
| 項目 | イオンチャネル | イオンポンプ |
|---|---|---|
| 輸送の向き | 濃度勾配に沿う | 濃度勾配に逆らう |
| 輸送の種類 | 受動輸送 | 能動輸送 |
| ATP(エネルギー) | 不要 | 必要 |
| 代表例 | 電位依存/リガンド作動チャネル | ナトリウム-カリウムポンプ |
確認問題（その場で確認・記録には残りません）
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- 静止膜電位（約マイナス70〜90mV）はK⁺の平衡電位でほぼ決まる。
- 静止時に開いているのは主にK⁺リークチャネル。Na⁺チャネルは閉じている。
- Na⁺-K⁺ポンプ（3Na⁺出・2K⁺入）が濃度勾配を維持し、ATPを消費する。
- 活動電位の立ち上がりはNa⁺流入、再分極はK⁺流出による。
- 高カリウム血症では静止膜電位が浅くなり、興奮性の異常（不整脈）を招く。
| 静止時 | 脱分極（立ち上がり） | 再分極 | |
|---|---|---|---|
| 透過性が高いイオン | K⁺ | Na⁺ | K⁺ |
| 開いているチャネル | K⁺リークチャネル | 電位依存性Na⁺チャネル | 電位依存性K⁺チャネル |
| イオンの動き | K⁺がゆっくり流出 | Na⁺が流入 | K⁺が流出 |
| 膜電位 | 約マイナス70〜90mV | プラス側へ振れる | マイナス側へ戻る |
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