生物の環境応答（知識）の問題

難易度 1教科書の例題レベル高校生物生物の環境応答（知識）

ニューロンが刺激を受けて活動電位が生じるとき、膜電位が静止電位（細胞内が負）から急に上昇して、細胞内が一時的に正になる。この膜電位の急な上昇の主な原因として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

ア　電位依存性ナトリウムチャネルが開き、 $N a^{+}$ が細胞外へ流出する。
イ　電位依存性ナトリウムチャネルが開き、 $N a^{+}$ が細胞内へ流入する。
ウ　ナトリウムポンプがはたらき、 $N a^{+}$ が細胞内へ運び込まれる。
エ　カリウムチャネルが開き、 $K^{+}$ が細胞内へ流入する。

この問題で使うもの

静止電位と活動電位（説明と入口の問題）

この問題を解けるようになるまで（5 技能）

算数中学高校大学大学院

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右端（太枠）がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。

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ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

技能「静止電位と活動電位」を使う。まず、静止状態で $N a^{+}$ と $K^{+}$ が細胞の内外のどちらに多いかを思い出そう。

ヒント 2

ナトリウムポンプは $N a^{+}$ を細胞外へ、 $K^{+}$ を細胞内へ運ぶ。チャネルが開くと、イオンは濃度の高いほうから低いほうへ移動する。

ヒント 3

細胞内が正になるには、正の電荷をもつイオンが細胞内へ入る必要がある。 $K^{+}$ は細胞内に多いので、チャネルが開いて流入することはない。ウもポンプの向きが逆なので除ける。残りはア・イで、 $N a^{+}$ が移動する向きを考える。

答えと解説

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イ

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解説を読む

手順 1: 静止状態のイオンの分布を確認する

ナトリウムポンプは ATP のエネルギーを使って、 $N a^{+}$ を細胞外へ、 $K^{+}$ を細胞内へ運ぶ（能動輸送）。そのため、静止状態では $N a^{+}$ は細胞外に多く、 $K^{+}$ は細胞内に多い。また、静止状態でも開いているカリウムチャネルを通って $K^{+}$ が細胞外へ流出するため、細胞内が負の静止電位が生じる。

手順 2: 活動電位で膜電位が上昇するしくみを考える

刺激によって膜電位が閾値をこえると、電位依存性ナトリウムチャネルが開く。 $N a^{+}$ は細胞外に多いので、濃度勾配にしたがって細胞内へ流入する（受動輸送）。正の電荷をもつ $N a^{+}$ が入ることで、細胞内が一時的に正になる。よってイが正しい。

ほかの選択肢が誤りである理由

ア: 電位依存性ナトリウムチャネルが開いたとき、 $N a^{+}$ は細胞外に多いので細胞内へ流入する。細胞外へ流出するのではない。
ウ: ナトリウムポンプは $N a^{+}$ を細胞外へくみ出すはたらきをもつ。細胞内へ運び込むのではない。
エ: $K^{+}$ は細胞内に多いので、カリウムチャネルが開くと細胞外へ流出する。細胞内へ流入するのではない（この流出は静止電位の形成や、活動電位のあとに膜電位がもとにもどることにかかわる）。

別解

活動電位の立ち上がりでは、電位依存性ナトリウムチャネルが開き、濃度勾配に従って Na+ が細胞内へ流入して膜電位が急上昇する。ア Na+ が細胞外へ出るのは誤り。イ正しい。ウナトリウムポンプは Na+ を細胞外へ運び出し、活動電位の立ち上がりの原因ではないので誤り。エ K+ のチャネルが開いて K+ が流出するのは回復（下降）の過程で、流入ではないので誤り。よってイ。

この問題の確認

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別の AI が答えを見ずに 3 回解き、3 回とも同じ答えになりました
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答えの正しさについて慎重に扱うべき点が見つからなかったため、自動で公開しました

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実験	刺激した場所	ニューロン A	ニューロン B
1	ニューロン A の軸索の途中	興奮した	興奮した
2	ニューロン B の軸索の途中	興奮しなかった	興奮した