生体膜の膜電位は、膜の両側におけるイオン濃度の不均衡によって生じる。そのイオン濃…
生体膜の膜電位は、膜の両側におけるイオン濃度の不均衡によって生じる。そのイオン濃度の不均衡は、生体膜が水や小さいイオンは通すが、大きなイオンは通さない半透膜の性質をもつことで生じる。Na⁺ Na⁺ Na⁺ Na⁺ Cl⁻ Na⁺ Na⁺Cl⁻ Cl⁻ ― Cl⁻ Na⁺ ― Na⁺Cl⁻Na⁺ Cl⁻ P⁵⁻ ― P⁵⁻Cl⁻ Na⁺ Na⁺ Na⁺ Na⁺ Cl⁻ ― Cl⁻ Na⁺Na⁺ Na⁺ Na⁺ Na⁺Cl⁻ Na⁺ Na⁺外相 内相 外相 内相初期状態 平衡状態図のように、半透膜の内相にタンパク質P⁵⁻(-5 の電荷をもち5 Na⁺ が対イオンとなっている)の0.01 mol/L 水溶液を置き、外相には濃度が0.1 mol/L のNaCl水溶液を置いておく。平衡状態に達したとき、半透膜の外相と内相のNa⁺ とCl⁻の濃度には次式が成立している。[Na⁺]外相・[Cl⁻]外相 =[Na⁺]内相・[Cl⁻]内相平衡に達したときの半透膜の内相と外相のNa⁺ の濃度の差に最も近い値はどれか。1つ選べ。ただし、浸透圧差に基づく物質の移動は考慮しないものとする。
- ⑴ 0.01 mol/L0.01 mol/L はタンパク質の濃度で、Na⁺ の濃度差ではありません。
- ⑵ 0.03 mol/Lx=0.04 より内相 Na⁺=0.09、外相 Na⁺=0.06 mol/L となり、差は0.03 mol/L です。
- ⑶ 0.05 mol/L0.05 mol/L は初期状態の内相の Na⁺ 濃度と外相との差に近い値で、平衡後の差ではありません。
- ⑷ 0.07 mol/L0.07 mol/L は計算過程を誤った値で、平衡式を満たしません。
- ⑸ 0.09 mol/L0.09 mol/L は平衡時の内相の Na⁺ 濃度そのもので、濃度差ではありません。
この問題は問題の図(写真・図・表など)を見て答えます。図はこちらに転載していないため、下の出典のページから公式のPDFをご覧ください。解説だけでも読み取り方が分かるように書いています。
解説
正解は⑵です。これはドナン膜平衡の問題です。内相にはタンパク質の対イオンとして Na⁺ が0.05 mol/L あります。外相から内相へ NaCl が x mol/L 移動したとすると、平衡時は外相の Na⁺・Cl⁻ がともに(0.1-x)、内相は Na⁺ が(0.05+x)、Cl⁻ が x です。(0.1-x)²=(0.05+x)x を解くと x=0.04 となり、内相の Na⁺ は0.09、外相は0.06 mol/L なので、差は0.03 mol/L です。
出典:厚生労働省ホームページ(https://www.mhlw.go.jp/stf/seisakunitsuite/bunya/0000198924.html)を加工して作成