素朴な疑問なのですが、生物の細胞内にはカリウムイオンが多くて細胞外にはナトリウムイオンが多いのはなぜ

素朴な疑問なのですが、生物の細胞内にはカリウムイオンが多くて細胞外にはナトリウムイオンが多いのはなぜですか？
化学的な性質はほとんど一緒であると思うのですが、逆にナトリウムイオンが細胞内に、カリウムイオンが細胞外に多数存在してはいけないのですか？

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2017/05/16 20:21

この件については、ちょっと前に読んだ下記の本に詳しく書いてありました。

「元素周期表で世界はすべて読み解ける」（光文社新書）
https://www.amazon.co.jp/%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%9 …

興味があれば、詳しくは読んでいただくとして、簡単な説明を。
カリウムもナトリウムも、周期律表で同じ列の上下に配置される「アルカリ金属」で、体内では同じ「プラス一価」のイオンになっています。つまり化学的性質はほぼ同じです。ただし原子の「大きさ」が異なるので、物理的にたんぱく質の「穴」の通りやすさに差があり、これを使用して、筋肉や神経の「電気パルス」を発生させているのだそうです。
（１）平常時には、細胞内にはカリウムイオン、細胞外にはナトリウムイオンで、電気的には中性。
（２）神経や筋肉を「オン」にするときには、細胞外のナトリウムイオンを通過させる穴が開き、細胞内のナトリウムイオンを増やして急激に電気的に「プラス」にする。（細胞外は相対的に「マイナス」になる）これが電気パルスになる。
（３）「オン」の必要がなくなったら、次にカリウムイオンを通過させる穴が開き、細胞内のカリウムイオンを減らして再び電気的に中性の状態にする。
（４）その電気的に中性の状態のまま、ゆっくり時間をかけて、再びナトリウムイオンを細胞外に移動させ、カリウムイオンを細胞棒内に移動させて、次の「電気パルス発生」に備える。

筋肉や神経の進化の過程で、生物はこんな元素の似た性質とわずかな差を利用した「化学的メカニズム」を発達させたのだそうです。神秘的ですね。

上記の本は、「周期律表」から、こんな面白いエピソードをいろいろ教えてくれます。