基礎から分かる生物 興奮の伝導と伝達 1. 興奮の伝導 1 興奮の伝導 興奮が生じると, 興奮が生じた部位と隣接する静止状態の部位の間で電位の差が発生する. この電位差により, 興奮部分から隣接部へと活動電流が流れる. 活動電流が隣接部を興奮させる刺激となり, 隣接部が次々と興奮する. これによって興奮は, 興奮が発生した部位から軸索内を両方向に伝導する. 1 興奮の発生 2 隣接部に活動電流が流れる 興奮が生じた部位 活動電流の流れる向き ++++++-++++++ ------+------ ++++++-++++++ ------+------ 57
3 隣接部が興奮する 4 軸索内を興奮が両方向に伝導する 静止状態に戻る すぐには興奮できない ( 不応期 ) ++++-+++-++++ ----+---+---- +++++-+-+++++ -----+-+----- 興奮が両方向に 伝導する 活動電流によって興奮 が生じた部位 2 有髄神経の興奮の伝導 ~ 跳躍伝導 ~ 有髄神経繊維は軸索が髄鞘に包まれているが, 髄鞘は絶縁性であるため, 活動電流は髄鞘同士の隙間であるランビエ絞輪間を流れる. そのため, 興奮はランビエ絞輪ごとに起こり, 飛び飛びに伝導する. この伝導様式を跳躍伝導という. 隣接部ごとに伝導が起こる無髄神経繊維に比べて, 跳躍伝導の伝導速度は速くなる. 1 興奮の発生 2 ランビエ絞輪間に活動電流が流れる 興奮が生じた部位 + - + ------++----- + - + ------++----- 活動電流の流れる向き 58
基礎から分かる生物 3 興奮がランビエ絞輪間を伝導する - + - --+-- ----+-+ 興奮の伝導方向 興奮の伝導方向 2. 興奮の伝達 1 シナプス 神経繊維の末端 ( 軸索末端 ) は, 隣接する神経細胞の細胞体と接合している. 軸索末端と細胞体との接合部分をシナプスという. シナプス部分はごくわずかの隙間をへだてて接合しており, この隙間をシナプス間隙 ( かんげき ) という. 2 神経伝達物質 軸索末端には神経伝達物質をふくんだシナプス小胞が多数存在している. 神経伝達物質がシナプス間隙に放出され, 隣接する細胞体に受容されて興奮が伝達される. ノルアドレナリン 交感神経の神経伝達物質アセチルコリン 副交感神経, 運動神経の神経伝達物質 59
3 興奮の伝達のしくみ (1) 軸索末端に興奮が伝導する. (2) シナプス小胞に含まれる神経伝達物質がシナプス間隙に放出される. (3) 細胞体の細胞膜表面に存在する受容体 ( レセプター ) が神経伝達物質と結合する. (4) 受容体と神経伝達物質の結合が刺激となって, 細胞体が興奮し, 興奮が伝達される. 4 興奮の伝達の特徴 (1) 化学物質による伝達のため, 軸索中の伝導に比べて時間がかかる. (2) 神経伝達物質は軸索末端からのみ放出され, 受容体は細胞体側だけに存在するため, 伝達は軸索側から細胞体側への一方向にしか起こらない. 60
基礎から分かる生物 神経に関する以下の各問に答えよ. 問 1 次の空欄 1~2 には語群 A より, 空欄 3~5 には語群 B より, また空欄 6~8 には語 群 C より適当な語を一つ選べ. 神経系は, 脳などからなる 1 系と脊髄神経などからなる 2 系に大別される. 神経系を構成している神経細胞はニューロンともよばれ, 核を含んだ 3 と, 軸索か らできている. また 4 神経の 3 には 5 突起と呼ぶ細い突起が発達している. 神経細胞に毛細管電極を差し込んで, 細胞内外の電位をはかってみると, 刺激を受けて いない場合には, 6 側が 7 側よりも電位が低い. この時の電位差を 8 電位という. 刺激が強くなると, 一時的に内外の電位が逆転する. この一過性の 電位の変化を活動電位と呼ぶ. この電位変化が, 隣接する部分への微弱な電流を誘導し, それが刺激となって隣接部に同じような電位変化が生じる. この電位変化が次々と軸索 に沿って伝わることを興奮の伝導という. 語群 A A) 自律神経 B) 脳神経 C) 体性神経 D) 末梢神経 e) 中枢神経 f) 交感神経 語群 B A) 核小体 B) 細胞体 C) 樹状 D) 神経 e) 運動 f) 感覚 語群 C A) 内 B) 外 C) 低 D) 定常 e) 静止 f) 膜 61
問 2 刺激の強さの度合いは, 活動電位のどのような変化となってあらわれるか. 下記の文から一つ選べ. A) 刺激の強さに比例して活動電位の大きさが増加する. B) ある一定の強さの刺激までは, 刺激の強さに比例して活動電位の大きさが増加する. それ以上強い刺激に対しては, 活動電位は変化せず, 活動電位の生じる頻度が増加する. C) ある一定の強さの刺激によって活動電位が生じ, それ以上強い刺激に対しては, 活動電位の大きさが刺激の強さに比例して増加する. D) ある一定の強さの刺激によって活動電位が生じ, それ以上強い刺激に対しては, 活動電位の大きさは変化せず, 活動電位の生じる頻度が増加する. 問 3 脊椎動物の多くの神経細胞の軸索では, 髄鞘と呼ばれる構造がその周囲をおおっている場合があるが, それはどのような構造か. 下記の文から一つ選べ. A) 軸索の細胞膜が肥厚したもの. B) 軸索の細胞膜が外に飛び出て, その膜が軸索に巻き付いたもの. C) 神経細胞とは別の細胞が軸索に巻き付いたもの. D) 軸索のまわりにタンパク質が沈着したもの. 62
基礎から分かる生物 問 4 髄鞘が発達した神経は, そうでないものに比べ, 興奮の伝導の速さはどうか, またその理由はなぜか, 正しいものの組み合わせを一つ選べ. 速さ 1) おそい 2) はやい 3) 伝導の速さと髄鞘の発達は無関係である. 理由 ア ) 髄鞘は電気的伝導性が高いので, 電気的変化が速く伝わるから. イ ) 髄鞘は電気的絶縁性が高いので, 電気的変化が伝わりにくいから. ウ ) 髄鞘は電気的絶縁性が高いので, 電気的変化が髄鞘を跳び越して伝わるから. エ ) 髄鞘におおわれた部分も, その内側ではおおわれていない部分と同じ電気的変化が生じるから. 組み合わせ A) 1 とイ B) 1 とウ C) 2 とア D) 2 とウ e) 3 とエ 問 5 次の文で正しいものを二つ選べ. A) 神経細胞の軸索の部分を人為的に刺激すると, 興奮はその両方へ伝わるが, 生体の中では, 伝わる方向は決まっている. B) 神経細胞どうしの接合部 ( シナプス ) では, 神経伝達物質は両方の神経細胞から放出される. C) ヒトの座骨神経では, 興奮の伝わる速度は毎秒 60m 以上にも達する. D) シナプスでは, 放出された伝達物質の量に比例した大きさの活動電位が生じる. 63
次の各問いに答えよ. 1 ニューロン ( 神経単位 ) の模式図を示す. 1) 図中 ( イ ) から ( キ ) の名称を答えよ. 2) 図に示した構造の神経の名称を答えよ. 3) 運動神経で,( ア ) の先端から分泌される物質名を答えよ. 4) ( オ ) の先端から, 興奮が次のニューロン ( 神経単位 ) に伝わることを何というか. その名称 を答えよ. 64
基礎から分かる生物 2 カエルの足の神経筋標本を作成し, 次の実験を行った. ( 実験 ) 次 ( 図 1) の神経上の A 点で, 神経に電気刺激を 1 回与えたところ,4.5 ミリ秒後に ( 図 2) の状態になった. また, 神経上の B 点で, 同様の刺激をしたところ,3 ミリ秒後に ( 図 2) の状態になった. 1) この神経の興奮伝導速度は何 m/ 秒と考えられるか. 2) 興奮が神経の末端に到達してから, 筋肉が収縮するまでの時間を求めよ. 次の文を読み, 下記の設問 1~6 に答えよ. 静止状態のニューロンは他の細胞と同様にエネルギーを使って濃度勾配に逆らって ( イ ) を細胞外にくみ出し,( ロ ) をくみ入れている. その結果, 細胞膜の外側は ( イ ), 内側は ( ロ ) の濃度が高くなっている. 膜の内側が外側に対して電気的にある程度 ( ハ ) になっているのは,( ロ ) が ( イ ) に比べて細胞膜を通りやすいためである. 軸索の細胞膜のある部位が刺激を受けると, 細胞膜の ( イ ) に対する透過性が高まり,( イ ) が急激に内側に流入する. その結果, 外側が内側に対して ( ニ ) となる. この膜内外の電位の変化を活動電位といい, この活動電位の発生を興奮という. 活動電位が発生すると, 興奮部と隣接部 ( 静止部 ) の間で局所電流 ( 活動電流 ) が発生するため, それが刺激となり隣接部が興奮する. 興奮部ではその後 ( イ ) と ( ロ ) は元の状態に戻る. このように興奮は次々と伝わる. ニューロンの軸索の末端には化学物質を含むシナプス小胞がたくさんある. 軸索を伝わってきた興奮により軸索末端のシナプス小胞に含まれる化学物質は細胞外に分泌される. この化学物質が次のニューロンあるいは筋肉に興奮を伝える. 65
1. エネルギーを使って, 物質を濃度勾配に逆らって移動させることを何というか, その名 をしるせ. 2. 文中の空所 ( イ ) ( ロ ) それぞれにあてはまるイオンの名を, 例にならってしるせ. 例硫酸イオン 3. 文中の空所 ( ハ ) ( ニ ) には, 正 または 負 のどちらかが入る. 正 の場合は A, 負 の場合は B として, それぞれその記号をマークせよ. 4. 文中の下線部の現象を何というか, その名をしるせ. 5. 副交感神経が興奮した時に軸索末端から分泌される化学物質の名をしるせ. 6. 次図のようにニューロンの細胞膜のすぐ外に 2 つの電極を置き, 電極間の電位差を電圧計 B で測定した.A 点を刺激して興奮させた場合, 電圧計 B の電位の変化を表す図としてもっともふさわしいものを, 以下の A~fから 1 つ選び, その記号をマークせよ. ただし, を基準に の電位を測定したものとする. 66
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