本文へスキップ
ロゴ

膜電位と細胞の興奮

膜電位


イオン濃度
通常、細胞内はマイナス(負)の電位にある


細胞液にはNa+が多く、細胞液には+が多い


細胞の内と外の電位の差のことを膜電位といいます。

すべての細胞は細胞膜をはさんで細胞の中と外とでイオン(電解質)の組成が異なっていて、この電荷を持つイオンの分布の差が電位の差をもたらしています。(右図)

細胞の内にも外にも陽イオン(+)と陰イオン(-)がありますが、細胞の中と外とではその分布は大きく異なっています。

右図のように、細胞外液でも細胞内液でも、陽イオンと陰イオンの濃度は同じです。

なのに、通常、細胞内はマイナスの電位になっています。
これは、細胞膜にあるカリウムチャネルが開いた状態で存在しているため、プラスの電荷を持つ陽イオンのが細胞内から細胞外へ常時流出しているためです。

ちなみに、 Naは Kとは逆に細胞外に多いのですが、Naだけが通れるナトリウムチャネルは普段閉じているので、Naはほとんど膜を通れません。

ナトリウムチャネルは、神経細胞や筋細胞に刺激が入ってきたときにだけ、チャネルを開いて、膜電位を大きく変化させて電気信号を作り出しています(活動電位)。

そのため、膜電位の発生にNaはほとんど寄与していません。
(実際にはNaやCl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。)


それぞれのイオンの役割は、こんな感じです。
        ↓
 Na ナトリウムイオン  浸透圧の調節、細胞外液量・循環動態の維持
 K カリウムイオン 神経や筋肉細胞の興奮・収縮
 Cl 塩素イオン 細胞外液の主な陰イオン(Na の対イオン)
 HCO3 重炭酸イオン 血液のpHを正常 (pH7.4)に維持
 HPO42− リン酸水素イオン 弱酸として働いて強塩基に緩衝作用がある
 Mg2+ マグネシウムイオン 酵素の活性化 
 Ca2+ カルシウムイオン 骨、歯の形成、筋収縮
 P リン 骨、歯の形成、ATPの供給 
 タンパク質   循環血液量の維持 
 

静止電位

静止電位
@細胞内にはKが多く、細胞外では少ない。
        ↓
A細胞膜には Kだけが通れるカリウムチャネルが開いた状態で存在しているため、Kは、濃度勾配に従って細胞外に向かって流出する。
        ↓
Bプラスの電荷を持つ陽イオンのKが流出したため、細胞内は細胞外よりも電気的に負となる。
        ↓
C電気的勾配がKを細胞内に引きとめる力が発生する。 

Kを細胞外に引き出す力(濃度勾配)と、Kを細胞内に引き戻す力(電気的勾配)がちょうど釣り合った状態(平衡状態)での電位を、静止電位(静止膜電位)といいいます。(これは、少しだけKが細胞外に出ている状態です)

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ため、細胞内はマイナスを帯びて電位差が生じます。

神経細胞の静止電位  -70mV〜-60mV 
骨格筋や心筋での静止電位 -90mV〜-80mV
   

細胞の興奮(活動電位)


活動電位

@神経細胞や筋細胞は、細胞膜にあるイオンチャネルやポンプによって一定の静止膜電位(約-70mV)に保たれている。
        ↓
A細胞を電気的に刺激すると、電気的にマイナスになっていた膜電位が上昇し、プラスの方向に動く。(脱分極)
        ↓  
B膜の脱分極がある一定の電位(閾値)を超えた時、ナトリウムチャネルが開き、Na濃度の高い細胞外からNa濃度の低い細胞内へNaが流入する。
        ↓
C陽イオンの流入によって、膜電位は急激に脱分極(電位が上昇)し、瞬間的に細胞内は細胞外に対してプラスに帯電する。(オーバーシュート)
        ↓
D細胞膜の内側の電位が上昇したため、それを元に戻そうとカリウムチャネルが開きKが細胞膜の外側へ出ていく。また同時に、ナトリウムチャネルが閉じる。(静止膜電位に戻る)

上記@〜Dのような急激な脱分極と、それに続く急激な再分極を示す膜電位変化を、活動電位(インパルス)といいます。このような状態が細胞体から軸索まで伝わっていくことにより、情報が伝達されていきます。
 ※興奮の伝導については、神経系で勉強予定です(^.^)v

活動電位の大きさは一定で、閾値をこえる刺激であれば刺激をそれ以上強くしても、活動電位が大きくなることはありません。つまり、活動電位は、発生するかしないかのどちらかなのです。
これを、全か無の法則といいます。

活動電位の性質:全か無の法則


また、活動電位の持続時間は、1〜5m秒くらいですが、活動電位が発生しているときには、細胞に刺激を与えても反応しません。これを、不応期といいます。

活動電位の発生している経過中は、細胞に刺激を与えても反応しない(不応期


不応期   絶対不応期  再分極の途中まで(2m秒程度)  どんな刺激にも反応しない
 相対不応期  絶対不応期の後の数m秒  強い刺激にのみ反応する
 

ナビゲーション




inserted by FC2 system