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今日のへぇ

人を殺す恐ろしい病気エイズ。エイズウィルスがヘルパーT細胞に異常を起こさせて発症する。

ところが、ヘルパーT細胞自体がが先天的に異常な、一部(一パーセント程度と推定)の白人は、エイズを発症しない。

(ヘルパーT細胞の)CCR5という、エイズが感染するために必要な受容体が欠如しているためだ。

しかし、その欠如のために、一般的な感染症にはかかりやすい。


参照:「知っているようで知らない免疫の話 P203-」


…いつかのへぇ

病原性大腸菌 O-157 が誕生したのは、牛にえさとして無理やりトウモロコシを与えたため。

病原性でない O-157 自体は牛の "中性の" 第一胃に穏やかに住んでいたが、本来牛が摂取することのないトウモロコシ(牛は本来草食)を与えられた牛の第一胃が、トウモロコシの豊富な炭水化物を消化しようと酸性に傾き、その酸性の環境にO-157が適応(進化)した結果、ベロ毒素を作るような菌となった。


遺伝子も腸の言いなり p143-

静止膜電位の考え方。

静止膜電位を考えるとき、K+ とかNa + とか、プラスが大きいとか、分極とか、ごちゃごちゃしていて理解しづらい場面は多いでしょう。

そのとき、プラスのことばかり考えていると失敗します。生体内ではプラスには必ずペアを組むマイナスの存在があって、しかし、そのペアが崩れるとき、電位が生じます。解説します。

左が膜内、右が膜外として、K+ について考えます。(画が雑ですが、プラスとマイナスがペアを組んでいる様子を示しています。また、明らかですがペア数は左の方が多い(左の方が濃度高))



上図は、左(膜内)が、右(膜外)よりも、K+ の濃度が高い様子を表しています。生体内での状態も同じです。濃度は左右で異なるものの、マイナスのパートナー (Cl-など) がくっていているので、左右とも、電気0(電位も0) 、したがって、左右の電位差もゼロです。 K+ の濃度が高い(左側)=電位が高いということではないことがわかります。

さて、穴は、K+ の選択透過膜で、つまり K+ しか通れません。そこでの出入りに関しては-の粒子は無関係です。マイナスは動けませんので、上図で、マイナスをとっぱらって見て見ると、下図のようになります。



見ればわかるように、左側の濃度の方が高いので、(平衡=左右同数)に向かって、左から右へ + (K+) が流れていこうとします。



K+粒子は、右へ移動したがっているので、下図のようにK+が移動した形となります。



この結果を、もっと電気的なことについて色付けしてみてみます。



濃度の高い方から低い方へ移動したい、という性質で K+ は右に移動していきましたが、その結果、右の部屋はプラスが多く、左の部屋はマイナスが多くなりました。ペアを成しているものはプラスマイナスゼロで、プラスでもマイナスでもありません。

電気のことを考えない場合、下図のように、左右(内外)は同濃度になります。


ところが電気的性質のため、プラスであるK+ は、プラスである右からは反発されるし、マイナスである左からは引っ張られるしで、思ったほど自由には右に拡散していけません。だから、右の部屋のK+ の濃度は、左の部屋の濃度と同じになるよりはもっと小さい濃度になります。


[↑+(K+) はこれ以上右に行けない!]


さて、ここですでに出てきた、右がプラスで、左がマイナス、この分極が静止膜電位の正体です。

この説明の最初では、左右のK+ の濃度が異なる状態を示しました。それは、「はじめ」なので、いかにも安定のように見えますが、いいえ、その説明から始まるって至った、この、電気的に偏った状態が安定な定常状態(平衡状態)で、その電位差が静止膜電位です。この説明のはじめの状態が仮にに与えられたとしたら(初期条件)、そのまま「瞬時に」ここで説明してきたプロセスを経て分極した平衡状態に移行します。つまりその初期状態は(ひとりでに変化してしまうのだから)安定でないことをそのまま表しているといえますね。安定とは(見かけ上)それ以上変化しない状態です。

イオンの選択透過膜が存在することにより、ない場合ではありえない、「電位差」が生まれるのです。その電位差は、拡散の力と、それに抗する電位差の力が釣り合うところに落ち着きます。(力という言い方は厳密ではありませんが)

そしてこの、(K+が) 濃度勾配によるポテンシャルにより、左から右へ拡散していこうとする移動力と、電位勾配により右から左へ移動しようとする移動力が 等しい(電気化学ポテンシャルが0)として、平衡状態の電位(平衡電位)を、統計力学的な計算によって定式化したものが、ネルンストの式 E= RT/zF ln [ion]o/[ion]i です。

拡散により電位差が大きくなると、その電位差が原因で反発力が生まれ、拡散が止まり、平衡状態として落ち着く。その電位差を求めたのです。

体内のK+ の平衡電位(計算)と静止膜電位は大まかには一致します。また、(実験で得られたNa+の細胞内外それぞれの濃度の数値を用いて) 細胞外の方が濃度の高い Na+の平衡電位を求めれば、活動電位の大きさを大まかに説明します。

本質としては、K+が均等にちらばろうとする性質と、その性質に従って移動することによってこんどは電気的均等が破られるために、電気的均等に戻ろうとする性質が、相殺するところに平衡が落ち着くということになります。

(静止)膜電位の理解のための静電誘導講義

以下は、実は、誤ったイメージです。正しいイメージはこちら


なんで細胞内はマイナス(-70mV) なの?カリウム(K+)が多いってことはプラスなんじゃないの?細胞外のナトリウムもあるよ?それは細胞外の方が多くてプラス(Na+)だよ?さらに、中も外もプラスだよ?片方がプラスだったら片方はマイナスじゃないの?いったいどうなってるの?

疑問は出てくるでしょう。

解決したい!そのためには絶縁体の静電誘導を理解しましょう。(右、左、と言っている箇所は、右が細胞外、左が細胞内を表します)

下図は、膜の脂質分子を含めたすべての分子や原子に当てはまる、原子核を電子が回っている状態を表している模型です。
原子(分子)は、核(+)のまわりを、電子(ー)が回ってできています。




上は円軌道で表され中性、下が分極した状態で、電子の軌道が扁平になっているのがわかります。
分極しているとは、この電子の軌道が扁平で、軌道の重心が分子(または原子)の中心から離れて、分子(原子)が電気的な中性からずれて偏ってしまった状態を指します。

分極の説明でよくある図の、図中の+と-は、この分極の状態をあらわしたものです(下図A)。
(ただし、より確かな描像としては、プラスは真ん中にあって動くことなく、マイナスだけ右にずれたというべきです。核は動きません[ここで分子核、という言葉を使いたいのですがそういう言葉は科学上存在していないようです])



分極は、実際は、隣り合う分子(原子)どうしが分極しあっています(上図B)が、いちいちそれを表すことなく、単に、上図A、のように書かれています。

※上図Bでは、プラスとマイナスのペア = [+ -] のペアが一つの分子(原子)を表します。

さて、部屋の右も左もプラスだったら、どうなるのでしょう。細胞内はK+、細胞外はNa+ が優勢ですが、どちらもプラスですね。

ですが、ここでは、「細胞外は、内部よりも、陽イオンが多い」という事実から入ります。なぜそのようになるのかは、生体が作り出す複雑な物質循環のメカニズムによるもので、ここで述べることではありません。(僕は説明できません)

右も左も両方ともプラスでも、例えば、右の方がプラスが大きかった場合、マイナスに対する引力は、右の方が強いですね。だからマイナスは、より強い右のほうに引っ張られ、偏(かたよ)るのです。軌道で描くと下図になります。扁平な楕円(のような)軌道が右に偏っていますね。

そうそう、マイナスと言っていますが、マイナスは(必ず)電子です。誘電体内で変化するのは、電子です。プラスは原子核のことに他ならない(必ず)のですが、原子核同士は骨格をなすかのように、動かないものと考えていいです。変化するのは電子(の軌道)なのです。



このようにして、細胞の内外が両方ともプラスでも、よりプラスが大きい(多い)外部の方に、マイナスが誘導されるような形に、誘電体が分極するのです。



細胞内がマイナスなのは、単に外側の陽イオンの方が(内側より)多いからというだけの理由です。そして、放っておくとなんでもそうですが、中和の方向に向かってしまうので、「-70mV」を「維持」するために、漏洩や、ポンプのメカニズムが働いてその状態を保っています。カリウムが静止膜電位の電位差そのものの物理的要因を担っているかのような理解は誤りですそういうこと言ってる本やサイトがあるからぶったおしたい。カリウムが静止膜電位の直接の物理的要因だというなら、カリウムの多い細胞内の電位は必ずプラスになります。そうではなく、すべてのイオンを含めた総合的な、具体的には細胞外の方が陽イオンが多いという平衡状態が、膜を介して、静止膜電位を作っています。カリウムに関しては、細胞が平衡状態にあるときのカリウムの細胞内外で差のある濃度から導かれる平衡電位(-90mV)が、-70mVに近いというだけで、だから、平衡状態では、カリウムチャンネルが開いていてもカリウムの循環が穏やかで、その穏やかな循環が、安定した平衡状態を保つために一役買っている、ということです。だから、確かにそういう意味で言えば、カリウムは静止膜電位を「保つ」役割はになっているわけです。くれぐれも、静止膜電位の電位差そのものをつくるのは、イオン濃度の内外の差です。そして、これも誤った解説を見かけたのですが、チャンネルがなくても電位差は存在します。電位差は電荷のプラスとマイナスの分布のあるところに無条件に現れます。また、たまに、膜の存在を無視した説明がありますが、膜(の分極)なくして膜電位は存在しません。膜が仮にに電気的性質を持たなければ、イオンは膜の内外での濃度が等しくなるまで拡散し、したがって電位差は0になり、電位が発生しないからです。

膜電位についての物理学的なアプローチ

以下は、実は、誤ったイメージです。正しいイメージはこちら


膜電位にてついて基礎的でわかりやすい説明がネット上にないので、物理学的な視点から、高校~大学で分かる誘電体に関する知見をもとに、Na+ (イオン) を使って、説明する。




まず、まく(膜)が帯電していない状態を考える。すると、右側のNa+ は、濃度の大きい右から左へ広がっていこうとする(拡散:粒子が濃度の高い方から低い方へ移動しようとする法則、というか直感的に当たり前のこと)



ところで、絶縁体(=誘電体)は、このように分極する。左側にプラスの電荷の物質があれば、膜の左側はマイナスに、膜の右側は逆にプラスになるように、「分極」する。これが本来の物理学的な言葉である「分極」である。細胞膜である脂質二重膜は絶縁体としてふるまう。



だから、Na+ が左に移動するにしたがって、上図のように分極するようになる。膜電位というからには、膜内の分極のことかなと思っていが、そうではなく、定義では、膜の内側(左側)の部屋の、外側(0V:右側の部屋)に対する電位だ。膜「自体」の両側のには、膜電位とは正負逆符号の電荷が誘導されている。



選択透過性がなかったら、平衡状態はこのようになる。左も右も同濃度だ。

しかし、実際には、膜が分極しているために、下図のような状況が起きる。
つまり、左のNa+ はプラスなので、壁付近で引き寄せられ右に吸い込まれやすく(自分の誘導した電荷に引っ張られてしまう状況だ)、逆に右のNa+ は壁付近で同じ+の電気に跳ね返されてしまい、左に行きづらくなる。(一方で、拡散による移動は右から左のままである)

Na+ が電荷をもたない中性の粒子ならば、左の部屋は右の部屋と同じ濃度になるが、膜が分極することにより、(左の部屋は)それよりも低い濃度で平衡を迎える(ただしこのことは医学的には重要でない。医学的に重要なのは電位の発生であるから)。


このようにして、濃度差による平衡力学的な力(右から左)と電気的なそれ(左から右)とによる平衡状態がうまれる。
この平衡状態のときの膜電位が「平衡電位」である。つまり、Na+ は計算上、膜電位が平衡電位「59mV」になるまで、細胞内に流入しようとする。したがっている。この平衡電位が達成されたとき、膜に誘導された電荷により、右側から左には積極的には行けなくなってしまう。平衡状態=右から左への流れと左から右への流れが同じになり見かけ上の左右の出入りの不変な状態になる。

この、59mV(ただしこれは理論値) に達するまでの流入による電位の発生が、活動電位の発生であり、以上がその大まかな仕組みである。ただし、より具体的な細胞内の場合、初期の状態では左側の部屋の電位が負(膜の左側にはプラスの電荷が誘導されている)である。ナトリウムイオン Na+ の流入により、その分極が逆転するので、これを脱分極というのである。

解釈としては、脂質二重膜がなかったとしたら(しきりをとっぱらっちゃったとしたら)、左の部分はもっと濃度が高くなることになる。膜がある場合は、膜に誘導された電荷により、右から左への(見かけ上の)流入があるところでストップする。

また、以上のことから、膜電位は脂質二重膜に静電気が誘導されるから存在できる、ということもできる。脂質二重膜でなくとも、仮にそれが金属だとしても、周りから電気的に絶縁された状態なら化学変化を考えなければ同じ状況がおこる。

※ この例では、右のNa+ 濃度の方が大きいのに、誘電体内では、体の右側に+が誘導されているので誤りのように見えるが、実際には他のイオンも存在していて、右側の濃度の方が低くなる。


ネルンストの式、Eion = (RT/zF) ln [ion]o/[ion]i は、初期条件として左右のイオン濃度を与えると、だんだん(脱)分極(膜の分極でも左右の電位差でもいいが)していって、どの電位になるまで、見かけ上の流入が起こるか(その電位になるまで流入が続く)という事を示している。

人の一生の心拍数は決まっている?【うそつけ?】

へぇ…。

これを初めて聞いたときは・・・いつだったか。

心拍数抑えて生きれば長生きできるジャン、ばくばくさせたら早死にジャン、って思った。

ずっとそうだと思っていた。

生物の勉強を少しして、この、人の一生…のことを思い出した。

考えてみる。生物学の知識があろうがなかろうが、考えることはできるが、ある程度俯瞰できると余裕をもって次の考えに行きつく。

『どうやって測る?』

生物学の知識をある程度えたところで、なんか一生人に心拍計つけておくわけでもあるまいし、人ひとりの『実験』を行うのにも人の寿命分の時間だけかかるわけだし。

『(測るの)ムリ (o_ _)o』

そう結論してネットを調べてみる。

やっぱねぇ~~~平均寿命を心拍の一回あたりの時間で割り算しただけなんだってぇ~~~。


あぁ、なんて愚かしい。俺は愚民だったのだ。


いや、しかし、様々な動物で、一生の時間/一回の心拍周期 を計算すると同じになるという…。これは示唆的ではあるか。