神経や筋肉などの興奮性細胞が興奮時に示す一時的な膜電位変化をいい、動作電位ともよぶ。その変化の結果流れる微弱な電流を活動電流という。また、活動電位が急激に変化する部分はスパイク電位とよばれる。活動電位のもっとも典型的なものは、神経繊維にみられる神経衝撃nerve impulseで、「全か無かの法則」に従い、伝導性をもつ。細胞の内部は、K+が多くNa+が少ない。静止状態では、膜は、K+の透過性が比較的高く、細胞内の電位は、外部に対してマイナスに保たれている(静止電位)。刺激などにより膜電位が変化すると、膜の電位依存性Na+チャンネルが開き、Na+の濃度勾配に応じて細胞内部がプラスの電位を示すようになる。遅れてK+チャンネルが開き、Na+チャンネルが閉じて、膜電位は速やかにマイナス電位に戻る。これが活動電位である。Na+チャンネルは2000ほどのアミノ酸が連なったα(アルファ)サブユニットといわれる部分と、その7分の1程度の小さなβ(ベータ)サブユニットが二つ集まった巨大分子である。αサブユニットは、膜を通過するセグメントといわれる部分を6個もったかたまり(ドメイン)が4個集まって、イオンが膜を通過する孔(ポア)を構成している。節足動物の筋肉などでは、カルシウムイオン(Ca2+)に対する透過性の増大により発生する活動電位が知られ、カルシウムスパイクとよばれる。また、活動電位は動物だけでなく、オジギソウやモウセンゴケなど、ある種の植物にもみられる。
[村上 彰]
細胞膜に存在するナトリウム-カリウムATPアーゼに代表される種々のイオンポンプの働きによって細胞内外のイオン組成は大きく異なっている。これらのイオンの濃度差により通常60~90mV程度細胞内が負の電位(静止電位)を有している。これに対して神経や筋などの興奮性細胞は刺激に応じて一過性の電位変化を生じる。これを活動電位と呼ぶ。興奮時には膜内外の極性が逆転し,細胞内が30~40mV程度正の電位となる。この電位変化は数m/s程度の時間内に回復するのでスパイク電位spike potentialと呼ばれ,回復期にみられる遅い変化である後電位after potentialと区別される。この電位変化に伴って局所電流が誘起され,これにより興奮が減衰することなく伝導される。伝導速度は細胞によって異なり1~100m/sである。この電位変化はベルンシュタインJ.Bernsteinによって負電位が0となる脱分極によると説明された。そののちホジキンA.L.HodgkinとハクスリーA.F.Huxleyによりイカの巨大神経に直接電極を挿入し,膜内外の電位差が測定され電位の逆転が発見された。これを説明する説として興奮に伴ってイオンの透過性に変化が生じることで説明するイオン説が提唱された。興奮膜内にはイオンを通過させる特殊な通路(イオンチャンネル)が存在すると仮定してすべての現象が統一的に説明されつつある。なお活動電位はある種の植物細胞(オジギソウや食虫植物)にも見られる。
執筆者:大隅 良典
出典 株式会社平凡社「改訂新版 世界大百科事典」改訂新版 世界大百科事典について 情報
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…静止電位の変化を起こさせるような要因は,その細胞に対する刺激として働く。ニューロンに刺激が働いて,ニューロンのある小部分の静止電位(局所電位local potential)が変化し,その大きさが一定値よりも小さくなると,活動電位action potentialないしスパイクspikeが発生する。このスパイク電位は全か無の法則(悉無律(しつむりつ)all or none law)にしたがう。…
…静止電位の変化を起こさせるような要因は,その細胞に対する刺激として働く。ニューロンに刺激が働いて,ニューロンのある小部分の静止電位(局所電位local potential)が変化し,その大きさが一定値よりも小さくなると,活動電位action potentialないしスパイクspikeが発生する。このスパイク電位は全か無の法則(悉無律(しつむりつ)all or none law)にしたがう。…
…A.ボルタは収縮は接触電位差によると反論した。後に,このような筋肉や神経は興奮すると活動電位を発生することが知られるようになった。生体電気現象は興奮性細胞,すなわち感覚細胞や神経細胞,筋細胞で顕著である。…
※「活動電位」について言及している用語解説の一部を掲載しています。
出典|株式会社平凡社「世界大百科事典(旧版)」
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