細胞内外で濃度があることの意義(大学入試)

よろしくお願いいたします。

過去問なのですが、問題のみで解答がなくテキスト等にものっていなかったので質問させていただきます。

問題は、「カルシウムイオンの濃度は細胞の内外で著しく異なっており、細胞外液では1.8mM,細胞内では0.1uM～10uMと細胞外での濃度がはるかに高い。細胞内でも（１）内ではカルシウムイオンの濃度が高い。このような濃度差は膜に存在する（２）がカルシウムイオンを輸送していることによって生じる」
そして、１，２に適切な語を入れないさい。また濃度差があることの意義、利点を述べよ。です。

解答がないので、どなたかわかるかた教えていただけないでしょうか？
私はよくわからなかったのですが、以下のように考えました。
（１）はわかりませんでした。
（２）はカルシウムポンプ
濃度差があることの意義については、私は浸透圧調整のためかと思いました。
つまり細胞内を一定濃度に保ち膨圧を保つことにより、細胞外から水の浸入を防ぐためです。
ただ、細胞膜はカルシウムのほか、ナトリウムやカリウムポンプもあり、必ずしもカルシウムでもって濃度を保たなくてもナトリウムイオンで保てばいいのでは？と思ったりしました。ナトリウムポンプにはナトリウムポンプのカルシウムポンプにはカルシウムポンプのそれぞれ異なった意義があるのでしょうか。

もう一つ思い至ったのは、細胞内の細胞外に対する電位は静止電位で常にマイナスに保たれていると思います。なので、これを保つためかな？と思いましたが、やはり違うのかなと。
というのもナトリウムポンプとカリウムポンプがありますが、どちらも+イオンですよね？ということはどちらも+に保たれることになり、細胞内がマイナスに保たれている理由にならない。。。と。

いろいろ考えましたが、どれも違うなと思います。お手数ですが、どなたかおわかりになるかた、教えていただけないでしょうか。どうぞよろしくお願いいたします。

No.1 回答者： hidebombbb 回答日時： 2007/03/01 02:23

小胞体です。

小胞体はカルシウムの貯蔵を担っています。

参考URL：http://ja.wikipedia.org/wiki/小胞体

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。そうですね。２は小胞体ですね。
もう一つの質問の細胞内外で濃度差がある意義についてもまだわかりません。

お礼日時：2007/03/02 00:51

No.2 回答者： yakyutuku 回答日時： 2007/03/02 11:47

＞もう一つ思い至ったのは、細胞内の細胞外に対する電位は静止電位で常にマイナスに保たれていると思います。

なので、これを保つためかな？
その電位差が、神経活動の源です。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。それはそうですね。

お礼日時：2007/03/05 00:02

No.3 回答者： taronbe 回答日時： 2007/03/02 21:42

濃度差の意義は、ものすごく簡単に言うとダムに水を貯めるようにエネルギーを溜め込むというのが一つあると思います。

ダムに蛇口を付けておけば栓を抜けばいつでも水が噴出してきますが、もしダムの上流と下流で水面が同じだと当然栓を抜いても何も起こりません。

カルシウムポンプによって常時細胞内のカルシウムを外にくみ出しておくと、蛇口であるカルシウムチャンネルを開くことによって一気にカルシウムが細胞内に流入して膜電位を変えるなどして即座に反応できます（チャンネルは他にもあります）。神経や筋肉の反応がこれで、もし何か起こってからイオンをポンプで汲み出して膜電位を変えてたら反応が遅くてしょうがないですよね。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
ダムのような役割ですか。わかったようなわからないような気がします。興奮が生じ、そのダムのような役割により細胞内にカルシウムイオン流入するとどうなるのでしょうか。

お礼日時：2007/03/05 00:11

No.4 回答者： neko_noko 回答日時： 2007/03/04 19:03

>ただ、細胞膜はカルシウムのほか、ナトリウムやカリウムポンプもあり、必ずしもカルシウムでもって濃度を保たなくてもナトリウムイオンで保てばいいのでは？と思ったりしました。

ナトリウムポンプにはナトリウムポンプのカルシウムポンプにはカルシウムポンプのそれぞれ異なった意義があるのでしょうか。

はっきりしたことは分からないので、推測ですが、
たとえば、ナトリウムイオンだけで細胞内外にある電位差を持てるようなしようとすると、
かなりの濃度差を作らないといけなくなり、より大きなエネルギーが必要になる気がします。
ナトリウムとカリウムイオンの両方を使えば、それぞれが少ない濃度差で1種類の時と同じ電位差を作れそうな気がします。

ただ、実際に細胞内外の濃度差、電位差でかかるエネルギーについてはよくわからないので、違っているかもしれませんが・・・

この回答へのお礼

ありがとうございます。入試問題なので正確な回答がほしいです。

お礼日時：2007/03/05 00:12

No.5 回答者： Mandheling 回答日時： 2007/03/04 23:51

＞というのもナトリウムポンプとカリウムポンプがありますが、どちらも+イオンですよね？ということはどちらも+に保たれることになり、細胞内がマイナスに保たれている理由にならない。

。。と。

この理由はその上の膜電位がマイナスに保つ云々とは関係ありません。
「Na+もK+も陽イオンだから、」ですが、それは電荷であって電位とは違います。
細胞内も細胞外も電荷の総和は±0です。そうでないと現実ではありえないほど非常に不安定な状態になります。
陽イオンと同じだけ塩化物イオンやリン酸イオンなどの陰イオンが存在します。

では電位とは何かと言うと元素が陽イオンになるとき陽イオンになりやすい元素ほど低い電位をとります。
NaとKではKの方が陽イオンになりやすいので、K+が多くNa+が少ない細胞内の方が細胞外より低い電位をとる＝膜電位差は細胞内がマイナスに保たれる。ということです。

全ての元素がそれぞれ異なる電位をとるので、それぞれのポンプがそれぞれのイオン濃度を調整することでセンシティブかつ適切な電位差を作りだすことができます。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
電荷と電位は違うのですね。膜電位差のところの話は始めて知りました。そこはわかったのですが、濃度差の意義についてはどなたもコレという回答をいただけていません。ご回答によると
「センシティブかつ適切な電位差を作りだすため」ということになりますが、これでは、いまいち具体性がなく入試問題で○になるとは思えないのですが？？？

自分なりにみなさんの回答をもとに考えると
細胞内外でカルシウムイオンの濃度差を一定に保っておくことにより興奮が生じたとき、細胞膜に対するカルシウムイオンの透過性がかわり、細胞内に流れ込むことにより電位差が生まれ、興奮が生じるようにするため。
としましたが、okでしょうか。

お礼日時：2007/03/05 00:24