なぜ、神経細胞などの膜電位は、膜の内側と外側の濃度勾配によって生じるのでしょうか。説明によるとナトリウムイオンと、カリウムイオンの細胞膜への透過性の違いにより、電位差が生じる、となっているのですが、両方とも陽イオンだし...。高校生にもわかりやすい説明を求む。

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回答(7件)

id:nokio No.1

nokio回答回数818ベストアンサー獲得回数02004/01/30 10:30:51

ポイント10pt

http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/bio_web/lab_page/bioerg/HighSch...

高校生のための生物エネルギー変換学講座

ポンプが細胞膜に存在しているからです。

生化学というジャンルの本に載っていますが、難しいですよね。

id:honkaku No.2

ほんかく回答回数201ベストアンサー獲得回数12004/01/30 10:56:10

ポイント10pt

1.細胞の構造と働きについて(抜粋)

(2)細胞膜

性質−半透性:溶媒(水)は通すが、溶質は通さない性質。このため浸透圧が生じる。

*浸透圧・・・全透性の膜(細胞壁)でしきられている場合、物質は、濃度の濃い方から薄い方へ移動します。これを拡散現象といいます。

しかし、半透性の膜でしきられると、溶質は濃度の薄い方へ移動できないので、かわりに水が濃度の濃い方へ移動します。

このとき、濃度の濃い方が水を引っ張り込む力が浸透圧です。この現象は、拡散現象同様、エネルギ−がいりません。

このような移動(輸送)を受動輸送といいます。(エネルギーは要りません)

また細胞膜をはさんで、細胞内と細胞外に分けられます。

細胞内にはカリウムイオンが多く、細胞外にはナトリウムイオンが多く存在しています。

まず、細胞内のカリウムイオンが拡散現象によって細胞外に出ていきます。したがって細胞内の陽イオンが出るので、細胞内は負(−)に荷電します。細胞外では陽イオンが増えるので正(+)に荷電します。

これは細胞が興奮していない時に起こっている現象です。そして細胞内外に電位差が生じます。これを膜電位といいます。

-----------

陽イオンの移動により、膜の内側が外側に比べて陽イオンが少なくなるから、マイナスを帯びて電位差が生じるようです。

膜の内側に陰イオンがあるからではないようです。

id:chgr

私なりに、イオン量の差が電位差につながるということはわかっていました。問題は何故陽イオンの量的関係が+や−に結びつくのか、と言うことです。

2004/01/30 12:57:52
id:blueberryjam No.3

blueberryjam回答回数128ベストアンサー獲得回数22004/01/30 11:02:24

ポイント10pt

あまり良い説明を見つけることが出来なかったのですが…。

簡単に言えば、膜自体にイオン透過性はありません。膜にイオンチャネル等のイオンを通す部分があり(膜に埋まっている蛋白質等です)、そこをイオンは通過するのです。濃度勾配を産み出すためにエネルギーを用いて、膜の一方にはナトリウム、一方にはカリウムが高い状態を作ります。濃度勾配を保つため、イオンチャネルは開け閉めされています。あるところが開いたら活動電位が発生し、イオン状態を戻すためにエネルギーを使ってイオンを移動させるのが再分極となります。

id:masashi33 No.4

ぺこぽん回答回数144ベストアンサー獲得回数12004/01/30 11:03:29

ポイント10pt

ここの膜電位の項目が参考になるでしょうか?

id:chgr

参考になるサイトです。有り難うございました。お気に入りに入れさせていただきました。しかし、生化学の式を提示して高校生が理解できるかは疑問です。それに、これを読んでいると、物理のもっと根本的な問題、つまり、電気が何故生じるかに言ってしまいそうです。

2004/01/30 13:02:57
id:aki73ix No.5

aki73ix回答回数5224ベストアンサー獲得回数272004/01/30 11:14:15

ポイント35pt

URLはダミーです

カリウムは 電気陰性度 0.8

ナトリウムは 電気陰性度 0.9

です

よって二イオンを近づけるとナトリウムマイナス電位になり電位差を生じます

もっと電気陰性度が離れていると、体内で大きな電流が流れてショックを起こしますからこのくらいがちょうどいいのです(笑)

同じ陽イオン同士でも、場合によっては陰イオンになることもあることがあります

例>水素 炭化水素やカーバイドを構成するときは陰イオン

    酸素と結びつくときは陽イオンになりますよね

id:chgr

なんだかね核心に、近づいてきたような気がします。有り難うございます。

2004/01/30 13:06:10
id:mizki101 No.6

mizki101回答回数209ベストアンサー獲得回数52004/01/30 12:40:03

ポイント10pt

細胞膜は「選択的透過性」という性質をもっており

基本的にはNa+もK+も自由には通れません。

(水や酸素、二酸化炭素などは自由に通れます)

別に、細胞膜にはある特定の物質を運ぶタンパク質が存在し、これによってNa+およびK+の濃度を調節します。

細胞が自主的に行う作業ですので「能動輸送」といいます。

電荷などの影響ではなく「Na+(K+)」しか運ばないタンパク質が細胞膜上に存在するという事です。

能動輸送を行うためにはATPが必要です。

ちょっとサイズが大きいですが、動画で見るとわかりやすいと思います。

id:chgr

きれいなサイトです有り難うございます。

2004/01/30 13:09:08
id:alchymia No.7

alchymia回答回数41ベストアンサー獲得回数02004/01/30 12:49:15

ポイント35pt

僕の理解ではこうです。

とりあえずナトリウムイオンのことは忘れてください。細胞はカリウムイオンを細胞内に積極的に取り入れています。そうするとカリウムイオンは細胞内に多く、細胞外に少なくなります。ところが、細胞膜にはカリウムイオンだけが通れるカリウムチャンネルという穴が開いた状態で存在しています。するとカリウムは当然濃度鎖を解消しようとして外へ出ます。そうするとプラスイオンが細胞外で多くなります。本来はマイナスイオンも一緒に外へ出ることでアンバランスを解消できるのですが、マイナスイオンはほとんど膜内を通れません。結果として、細胞内がマイナスに傾くのでカリウムイオンを引き戻そうとする「電位差」が生じます。この、細胞外へ出ようとする力と、引き戻そうとする力がつりあうのが、ちょっとだけカリウムイオンが外へ出ている「静止膜電位」という状態なのです。

ナトリウムイオンは逆に細胞外が多いですよね。でもナトリウムだけが通れるナトリウムチャンネルという穴は普段閉じているので、ナトリウムイオンはほとんど膜を通りません。よって、膜電位の発生にもほとんど寄与していません。(実際にはナトリウムイオンや塩化物イオンも少し通れるので、それによって生じている膜電位の分だけ補正した値が実際の膜電位です。)ではなんでナトリウムイオンをせっせと細胞外へくみ出しているのか。それは、神経細胞に刺激が入ってきたときにだけ、ナトリウムチャンネルを開いて、膜電位を大きく変化させて、電気信号を作り出すためです。

説明長くて済みませんでした。

id:chgr

有り難うございます。これが答えなのだろうか。

2004/02/04 10:29:55

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