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膜と輸送:学習ガイド

重要なポイント

膜は細胞に出入りするものを制御する。物質はエネルギーを要しない受動的な過程か、エネルギーを要する能動輸送で膜を通り、水は浸透によって水ポテンシャルの勾配に沿って動く。

  • 膜はタンパク質を含むリン脂質二重層である(流動モザイクモデル)。小さな無極性分子は膜を拡散し、イオンや極性分子にはチャネルや輸送体が必要である。
  • 拡散と促進拡散は濃度勾配に沿って起こり、ATP を必要としない。能動輸送は勾配に逆らい、ATP を使う。
  • 浸透は、水が水ポテンシャルの高い方から低い方へ動くことである。細胞は低張液では膨らみ、高張液では縮む。
  • 水ポテンシャルは Ψ = Ψs + Ψp である。溶質を加えると Ψs が下がり、圧力で Ψp が上がる。拡散の速さは表面積と勾配に比例し、距離が大きいと遅くなる。

主な式

  • Ψ = Ψs + Ψp
  • Ψs = −iCRT
  • rate ∝ surface area × gradient ÷ distance

例題

植物細胞の Ψs が −0.7 MPa、Ψp が +0.3 MPa なので Ψ = −0.4 MPa である。これを Ψ = −0.2 MPa の溶液に入れる。水は水ポテンシャルの高い溶液(−0.2)から低い細胞(−0.4)へ動くので、細胞は水を得て膨圧が高まる。

よくある間違い

  • 水が溶質濃度の低い方へ動くと言うこと。水ポテンシャルの低い方、つまり溶質濃度の高い方へ動く。
  • 細胞の張度と溶液の張度を混同すること。
  • 促進拡散が ATP を使うと考えること。使わず、タンパク質だけを使う。

練習

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