学習トップ ／ 理由で解く 柔道整復師 ／ 生理学 ▸ §1 総論 ／ QJ28A081
理由で解く 柔道整復師
QJ28A081 生理学
グルコースは水になじむ大きな分子で、脂質二重層をそのままでは通り抜けられない。膜を越えるには結合相手となる膜タンパク質、すなわち輸送体（担体・トランスポーター）が必要である。
細胞膜を越える物質移動は大きく三つに整理できる。第一に脂質二重層を直接すり抜ける単純拡散、第二にイオンなど小さな粒子が孔を通る チャネル、第三に基質と結合して自らの形を変えながら反対側へ運ぶ輸送体である。グルコースは親水性かつ分子量が大きいため第一の経路は使えず、第三の輸送体が担う。実際にはGLUT（濃度勾配に従って運ぶ促通拡散型）と、SGLT（Na⁺の勾配を利用して濃度勾配に逆らって取り込む二次性能動輸送型）の二系統がある。小腸上皮や腎近位尿細管では、管腔側のSGLTで取り込み、血管側のGLUTで送り出す、という二段構えで吸収・再吸収が成立している。なおSGLTが利用するNa⁺の勾配そのものはNa⁺/K⁺-ATPaseがATPを直接消費して作り出しており、ATPを直接使う一次性能動輸送（ポンプ）と、その勾配を借りる二次性能動輸送（SGLT）は区別して覚えたい。輸送体は結合部位の数に限りがあるため基質濃度を上げても速度が頭打ちになる（飽和現象）。この「飽和する／基質特異性がある／競合阻害を受ける」という三つの性質を、チャネルとの区別の決め手として押さえておきたい。
🔗 関連図（かずひろ解剖学 図解ライブラリ）
促通拡散▶ この図の説明を読む
この図の解説
図は上が細胞外、下が細胞内で、間を脂質二重層でできた細胞膜が横切る。緑色の粒はアミノ酸やグルコースといった栄養素で、細胞外に多く漂っている。注目したいのは膜に埋め込まれた青い「担体タンパク」で、これが物質を捕えて形を変え、反対側へ受け渡している。矢印は細胞外から細胞内へ物質が運ばれる向きを示す。アミノ酸やグルコースは水に溶けやすく脂質二重層をそのまま通れないため、専用の担体タンパクを介して濃度の高い側から低い側へ移動する。これが促通拡散で、濃度勾配に従う受動輸送であり、ATPのエネルギーは使わない点が単純拡散と共通する。図下部の吹き出しにあるとおり担体タンパクはトランスポーターとも呼ばれ、グルコース用のものにGLUT4などがある。
学習の要点
- 促通拡散は担体タンパク(トランスポーター)を介してアミノ酸・グルコースを濃度勾配に従って運ぶ受動輸送である。
- 覚え方のコツ: 「担体=荷物を担ぐタンパク」。水・ガスは素通り(単純拡散)、糖・アミノ酸は担ぎ手が必要(促通拡散)と対で覚える。
- 関連知識: グルコース担体GLUT4は骨格筋に発現し、膵臓から出るインスリンの作用で膜表面に現れ血糖を細胞内へ取り込む。
- よくある間違い: 担体を使うからエネルギーが要ると誤解しやすいが、促通拡散はATP不要。ATPを使うのはイオンポンプ(能動輸送)。
- 臨床応用: 2型糖尿病ではインスリンの効きが悪くGLUT4が膜表面に出にくくなり、筋が血糖を取り込めなくなる(インスリン抵抗性)。
比較表
| 輸送のしくみ | 膜タンパクの要否 | エネルギー(ATP) | 濃度勾配 | 運ばれる物質の例 |
|---|---|---|---|---|
| 単純拡散 | 不要 | 不要 | 従う | 水・酸素・二酸化炭素・アルコール |
| 促通拡散 | 担体タンパクが必要 | 不要 | 従う | アミノ酸・グルコース |
| イオンポンプ | ポンプタンパクが必要 | 必要 | 逆らう | ナトリウム・カリウムなどのイオン |
確認問題（その場で確認・記録には残りません）
答えを見る
細胞膜を介する物質輸送▶ この図の説明を読む
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（その場で確認・記録には残りません）
答えを見る
- グルコースは親水性で脂質二重層を通れない。運び手は輸送体（担体）である。
- GLUT＝促通拡散（勾配に従う、ATP不要）、SGLT＝Na⁺共輸送（勾配に逆らう二次性能動輸送。ATPは直接使わない）。
- ATPを直接消費するのはNa⁺/K⁺-ATPaseなどのポンプ＝一次性能動輸送。SGLTはそのポンプが作ったNa⁺勾配を借りる二次性能動輸送。
- 輸送体の特徴は「飽和する・基質特異性がある・競合阻害を受ける」の三つ。
- チャネルはイオンや水を通す孔。受容体は情報の受け手で、運搬役ではない。
- インスリンは骨格筋・脂肪組織のGLUT4を細胞膜へ移行させて糖の取り込みを増やす。
| 機構 | 通すもの | エネルギー | 飽和 | 代表例 |
|---|---|---|---|---|
| 単純拡散 | 脂溶性小分子・気体 | 不要（勾配のみ） | しない | O₂、CO₂、ステロイド |
| チャネル | イオン・水 | 不要（勾配のみ） | しにくい | Na⁺チャネル、アクアポリン |
| 輸送体（促通拡散型） | 糖・アミノ酸など | 不要（勾配のみ） | する | GLUT1〜4 |
| 輸送体（二次性能動） | 糖・アミノ酸 | ATPは直接使わない（Na⁺勾配を利用） | する | SGLT1・SGLT2 |
| ポンプ（一次性能動） | イオン | ATPを直接消費 | する | Na⁺/K⁺-ATPase |
| 受容体 | 運搬しない（情報伝達） | — | — | インスリン受容体 |
この問題の解説の修正を依頼する
解説に誤り・改善点があればお知らせください。件名と本文は自動入力済みです（編集できます）。お名前・メールアドレスは任意です。送信内容は玄康株式会社（黒澤一弘）に届きます。