細胞内外間の物質の移動（１）｜細胞の基本機能

看護師のための生理学の解説書『図解ワンポイント生理学』より。

 

[前回の内容]

細胞の環境｜細胞の基本機能

 

今回は、細胞内外間の物質の移動についての解説の1回目です。

 

片野由美
山形大学医学部名誉教授
内田勝雄
山形県立保健医療大学名誉教授

 

〈目次〉

• 物質移動の基本
• 拡散 〔 diffusion 〕
• 浸透 〔 osmosis 〕
• 等張液、高張液、低張液とは

 

物質移動の基本

体液中の溶質粒子は、基本的には濃度の高いほうから低いほうへ拡散で移動する。細胞内と細胞外液の間質液との境界にはリン脂質２重層からなる細胞膜が、細胞外液の間質液と血漿の境界には毛細血管壁が一種のバリアとして存在する（図1）。

 

このバリアを越えて溶質粒子の移動が行われる。毛細血管壁を介する物質の移動に関しては、別記事で述べる。

 

細胞膜を介する物質の移動について説明する前に、物質移動の基本事項（拡散、浸透）について説明する。

 

 

 

拡散 〔 diffusion 〕

物質粒子（あるいは分子、イオン）がある空間を拡がり散る現象を拡散という。物質粒子の 正味の動きは、２つの物質の間に溶質の濃度差が存在する場合、それぞれ濃度の高いほうから低いほうへ移動する（濃度勾配または化学勾配に従う）。

 

拡散には濃度勾配だけでなく電位差（電気的勾配）も拡散速度や方向に影響する。細胞膜に存在するイオンチャネルを通るイオンの 移動も拡散の一種である。濃度の高いほうから低いほうへ物質粒子が移動する場合は、エネルギーを必要としない。拡散には、単純拡散と促進拡散とよばれる２つのタイプがある。

 

単純拡散 〔 simple diffusion 〕

細胞膜を通して起こる溶質の拡散を単純拡散（あるいは透析〔 dialysis 〕）とよぶ。単純拡散によって通過する物質には、脂溶性物質や酸素や二酸化炭素のよう なガス体がある。また分子量の小さなイオン等はイオンチャネルを単純拡散で通過する。

 

促進拡散 〔 facilitated diffusion 〕

単純拡散で細胞膜を通過できないような分子量の大きい溶質（例えばグルコースやアミノ酸）は、輸送タンパク（担体、キャリア）を利用して拡散の法則（濃度勾配または電気的勾配）に従い移動が行われる。このような拡散を促進（促通）拡散とよぶ。濃度勾配または電気的勾配に従った方向に輸送する場合は、エネルギーを必要としない。

 

浸透 〔 osmosis 〕

溶液のうち水（溶媒）を自由に通すが、溶質を全く通さない半透膜で仕切り、両側の溶質濃度に差があるとする（図2）。水の濃度は溶質の低いほうで高いので、水は溶質の高いほうへ浸透圧が等しくなるまで移動し、平衡に達する。これを浸透という。

 

すなわち浸透とは水の拡散にほかならない。このときに水の浸透を防ぐ圧力を浸透圧 〔 osmotic pressure 〕という。

 

浸透圧は、単位容積中の溶質のモル数で表され、その単位をオスモル（Osmol またはOsm）という。溶質粒子の数に比例する。すなわち１molの分子が１Lの水溶液中にあるとき、これを１オスモルという。

 

電解質は水溶液中では構成イオンに解離する。例えば、塩化ナトリウム（NaCl）の場合、NaCl⇄Na^＋＋Cl^－に解離するので、１mMのNaClは、２mOsm/Lとなる。

 

 

等張液、高張液、低張液とは

半透膜によって隔てられた２つの溶液間の浸透圧が等しい溶液を等張液 〔 isotonic solution 〕という。

 

特に細胞内液、血漿、涙液などの体液と浸透圧が等しい溶液をいう。輸液、注射薬、点眼薬は等張液である。体液より浸透圧の高い液を高張液 〔 hypertonic solution 〕、低い液を低張液 〔 hypotonic solution 〕とよぶ。

 

血球は高張液の中ではしぼむ。これは、等張になるために、血球内の水が血球外に出るためである。逆に血球が低張液に曝された場合、血球の中に水が浸透し、血球は破裂してしまう（図3）。食塩液は0.9％（これを生理食塩液という）、グルコース液は５％が等張液である。

 

 

 

 

[次回]

細胞内外間の物質の移動（２）｜細胞の基本機能

 

 

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本記事は株式会社サイオ出版の提供により掲載しています。

 

［出典］ 『新訂版　図解ワンポイント　生理学』 （著者）片野由美、内田勝雄／2015年5月刊行／ サイオ出版