静止電位と活動電位のメカニズムをイラストで説明

こんにちは。
ゴローです。

 

先日、メルマガ読者さんから

「静止電位と活動電位のメカニズムが分かりません」

という質問を頂いたので、
今回の記事を通してお答えしようと思います。

 

 

まさに、
この記事を書いている今日が、

「節分の日」なので、

 

静止電位と活動電位の仕組みを

「鬼は外、福は内」理論として、

イラストを使ってポップに説明しようと思います。

 

今まで、ここが中々理解できなかった人は、
今回の記事を読めば、
目からウロコ、いや豆粒がポロポロとこぼれ落ちることでしょうよ。

 

まず、
「静止電位と活動電位のメカニズム」を説明する前に、
登場人物を紹介します。

 

この登場人物をおさえることで、
理解度が格段にアップします。

 

<登場人物>

「鬼」と「福の神」をこじつけて例えています。
そこんとこよろしくお願いします。

・ナトリウムイオン=「鬼」

・カリウムイオン=「福の神」

・ナトリウムチャネルとは、細胞の内と外を繋ぐ通路にある扉のようなもの。
これが開けば、ナトリウムイオンが細胞膜を通りぬけることが出来ます。

ナトリウムチャネルは、鬼(ナトリウムイオン)が通る門なので、鬼門とします。

・同じ意味で、カリウムチャネルは、福の神(カリウムイオン)の通り道なので、福門とします。

カリウム漏洩チャネルとは、ずっと開きっぱなしのカリウムイオンだけが通れる門です。

 

 

ここまでは、大丈夫ですか?

 

最後、もう1人だけ紹介します。

今回の主役である「ナトリウムカリウムポンプ」

この犬のおまわりさんみたいな奴が、
「ナトリウムカリウムポンプ」です。

 

こいつの働きは、ATPを使って、
細胞の内から外にナトリウムイオンを3個運び、
細胞の外から内にカリウムイオンを2個運ぶことです。
(能動輸送)

 

まさに、
「鬼(ナトリウムイオン)は、外」
「福(カリウムイオン)は、内」
を実行している奴なんです。

頼もしいですね。コイツ。

 

ところで、
なぜ、静止電位では、
細胞内の電位は、「マイナス」で
細胞外の電位は、「プラス」なのか?

ご存知でしょうか?

 

その内の1つの理由がこのナトリウムカリウムポンプの仕業によるものです。

 

ナトリウムカリウムポンプは、
ナトリウムを細胞外に3個出して、
カリウムを細胞内に2個入れているじゃないですか。

 

どちらがプラスイオンの量が多くなるのかと言ったら、
細胞外ですよね。

(ちなみに、ナトリウムイオンもカリウムイオンもプラスイオンです。)

つまり、こういうことです。

 

さらに、カリウム漏洩チャネルという、
カリウムイオンだけが通れる
いつも開いている門があると言いましたよね。

 

好奇心旺盛な福の神(カリウムイオン)が
カリウム漏洩チャネルから
細胞の内から外へちょいちょい抜け出してしまうんです。

となれば、
さらに細胞外の電位の方が、プラスに傾きますよね。

 

これらの2つの理由で、
静止電位では、

細胞外の電位が「プラス」で
細胞内の電位が「マイナス」
になるのです。

 

これ試験に出る所なんで、

ゴロにしときますね。

 

「外のプーさん、生意気」

外のプーさん→(細胞の)外はプラス

生意気→(細胞の)中はマイナス

 

ちなみに、
この時の細胞内の電位は、
細胞外に対してー70mVとなります。

これを静止電位と言います。

 

 

活動電位

では、ここから活動電位について話していこうと思います。

 

この「鬼は外、福は内」の平和な状態(静止電位)はそう長くは続きません。

 

細胞膜に電気的な刺激が加わると、
細胞内の電位がわずかにプラスに変化します。

すると、
鬼門(ナトリウムチャネル)が次々と開き、
鬼(ナトリウムイオン)が細胞の外から内に大量に流入してくるのです。

 

細胞内にナトリウムイオンが大量に流入してくることで、
細胞内外の電位が逆転します。

 

つまり、
細胞内の電位が「プラス」
細胞外の電位が「マイナス」になるのです。

 

この細胞内の電位がプラス方向に変化した時を
脱分極といいます。

 

試験で「脱分極」という言葉が出てきたら、
「鬼が大量に家の中に攻めてきたー」というイメージを思い浮かべてください。

 

イメージって、
そう、大事っすから。

 

 

この鬼門(ナトリウムチャネル)ですが、
電位が逆転するとすぐに閉じられます。

 

代わりに、
福門(カリウムチャネル)が開いて、
福の神(カリウムイオン)が大量に外に出て行きます。

細胞外に大量にカリウムイオンが出ていくために、
これにより電位は元の状態に戻ります。

 

つまり、
細胞外の電位が「プラス」
細胞内の電位が「マイナス」に戻るわけですね。

 

この電位が元の状態に戻ることを
再分極と言います。

 

試験で再分極という言葉が出てきたら、
「福の神が外に出て行ったー」ということをイメージして下さい。

 

イメージって、そう。

(ご一緒に)大事っすから。

 

 

さらに、福の神(カリウムイオン)が細胞外に大量に出ていくことで、
一過性に静止電位の状態よりも細胞内の電位が低くなります。

 

これを過分極と言います。

 

「福の神、外に逃げすぎーー」ってやつです。

 

ただこの状態だと
「鬼(ナトリウムイオン)は内、福(カリウムイオン)は外」
になっていますよね。

 

それを元の静止電位の状態に戻すのが
今回の主役、
ナトリウムーカリウムポンプの役目です。

「鬼(ナトリウムイオン)は外、福(カリウムイオン)は内」

 

と両者を仕分けしながら、
元の平和な状態(静止電位)に戻していくのです。

 

 

以上、
静止電位→脱分極(鬼が家に入る)→再分極(福の神が外に出る)→過分極(福の神、外に出過ぎ)の流れを説明しました。

 

もし分からなければ、もう一度読んでねん。

 

ところで「節分」の由来って知ってますか?

節分とは、「季節の分かれ目」の意味だそうです。

 

というわけで最後に、
知識を添えておきました。

 

早く暖かくなるといいなー

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