problemyriad

技能一覧 › 高校生物 細胞と分子

輸送体による輸送と飽和

単純拡散と輸送体（担体）の 2 経路がある取り込みのデータから、阻害剤の有無の差で輸送体による取り込み速度を分け、輸送体が飽和して速度が一定になることを使って、ある濃度での各経路の速度や割合を求められる

前提

この技能までの道筋（4 技能）
算数中学高校大学大学院

読み込み中…

右端（太枠）がこの技能です。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。

一覧で見る（前提が先）
  1. 細胞のつくり （中学理科 生物分野の用語と知識）
  2. 生物の共通性と原核細胞・真核細胞 （高校生物 細胞と分子（知識））
  3. 細胞膜の構造と受動輸送・能動輸送 （高校生物 細胞と分子（知識））
  4. 単純拡散と濃度勾配 （高校生物 細胞と分子）

説明

細胞が物質を取り込む経路が、リン脂質二重層を通る単純拡散と、膜タンパク質である輸送体（担体）を通る経路の 2 つあるとき、全体の取り込み速度は 2 つの経路の速度の和になります。この技能では、輸送体のはたらきを止める阻害剤を加えた実験と加えない実験の差から、輸送体による取り込み速度を取り出し、輸送体が飽和して速度が一定になることを使って、ある濃度での各経路の速度や、全体に占める割合を求められるようになります。

なぜそうしてよいのか

輸送体は、運ぶ物質と 1 個ずつ結合して膜の反対側へ運ぶタンパク質で、細胞膜にある数には限りがあります。外の濃度が低いうちは、濃度を上げるほど物質と結合する輸送体が増えるので速度も上がります。しかし濃度が十分に高くなると、すべての輸送体がふさがって休みなくはたらいている状態になり、それ以上濃度を上げても速度は増えません。これを飽和といい、速度は一定の最大値で頭打ちになります。一方、単純拡散は膜そのものを通るので頭打ちがなく、前提の技能で学んだとおり濃度差に比例して増え続けます。

2 つの経路は互いに独立にはたらくので

です。輸送体だけを完全に止め、単純拡散には影響しない阻害剤を加えると、残るのは単純拡散の速度だけです。したがって、阻害剤を加えたときの速度が単純拡散の速度、加えないときとの差が輸送体の速度になります。

輸送体の速度が濃度を上げても変わらなくなっていれば、その値が飽和したときの最大の速度です。

手順

  1. 阻害剤ありの速度を単純拡散の速度とし、濃度差で割って比例定数 を求める：

  2. 各濃度で、阻害剤なしの速度から阻害剤ありの速度を引いて、輸送体の速度を求める

  3. 輸送体の速度が濃度を上げても変わらなくなる値を見つけ、それを飽和したときの速度（最大値）とする

  4. 求めたい濃度で、単純拡散の速度 と、輸送体の速度（飽和していれば最大値）をそれぞれ求める

  5. 全体の速度は 2 つの和、割合は で求める

例題

ある細胞について、細胞外のある物質の濃度を変えて、その物質の取り込み速度（相対値）を測定した。この物質は単純拡散と輸送体の 2 つの経路で取り込まれる。阻害剤 X は輸送体による取り込みだけを完全に止め、単純拡散には影響しない。細胞内のこの物質の濃度は十分に低く、単純拡散の速度は細胞外の濃度に比例するものとする。結果は次の表のとおりであった。

細胞外の濃度（mmol/L）阻害剤 X なしの速度阻害剤 X ありの速度
291
4142
8164
16208

濃度を 16 mmol/L より高くしても、輸送体による取り込み速度は 16 mmol/L のときと変わらないものとする。細胞外の濃度が 40 mmol/L のとき、阻害剤 X なしでの取り込み速度（相対値）を求めよ。

例題の解答

手順 1：阻害剤 X ありの速度が単純拡散の速度である。濃度 2 mmol/L で 1 なので （4 で 2、8 で 4、16 で 8 なので、確かに濃度に比例している）。

手順 2：輸送体の速度は、濃度 2・4・8・16 mmol/L で、それぞれ 、、、 である。

手順 3：濃度 4 mmol/L 以上で輸送体の速度は 12 で一定になっており、飽和している。問題文より、16 mmol/L より高い濃度でも 12 である。

手順 4：濃度 40 mmol/L で、単純拡散の速度は 、輸送体の速度は飽和しているので である。

手順 5：全体の速度は

よって、答えは である。

答え:

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題