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生理学ノート01「生理学の基礎」

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生理学は生物が起こす生命現象の維持を明らかにすることを目的としたもの。
ここでは、人体生理学を取り扱う、
1.生理学の特徴
1)生命現象
生物が示す生命の営みのこと

2)生体の恒常性
ア.外部環境
生体外の常に活動し変化する環境のこと
イ.内部環境
生体を構成する細胞をとりまく細胞外液の状態のこと。1865年、フランスのクロードベルナールによって提唱されたもの。

ウ.ホメオスタシス(内部環境の恒常性)
生体の内部環境が安定に保たれているしくみのこと。アメリカのウォルターキャノンが提唱した

3)細胞・組織・器官・器官系・固体
ア.細胞
細胞の数は成人ではおよそ60兆個に達する。最大200マイクロメートル、1~30マイクロメートルぐらいのが多い。
イ.組織
同じ種類の細胞が集合して、構成される
上皮組織、支持組織、結合組織、筋組織、神経組織がある。
ウ.器官
これらの組織が一定の配列のもとに、組み合わされてひとつの機能を営む、心臓や肺などがある。
エ.器官系
いくつかの器官が集まって、構成されている神経系・感覚系・運動系・呼吸系・循環系などがある。

p4
2.細胞の構造と働き
ア.細胞の構造
人の細胞は基本的に細胞膜、細胞質、核より構成され、細胞質中には細胞小器官が存在する。p5の細胞のイメージ図を参照。

イ.細胞の形態
細胞の大きさは直径1~30マイクロメートルのものが多い。形状は、星型や球形や板状などさまざまである。神経細胞のように神経線維(生理学ではせんいを繊維と書く)が1メートルを超えるものもある。

****************************************
4月15日
p5
ウ.細胞の構成成分
a.分子レベル
水…60%※水が一番多い)
有機物33%
無機物(マグネシウム、ナトリウムなど)…7%

b.原始レベル
H水素、O酸素、C炭素、N窒素
→全体の96%を占める
その他の原子
→Ca、P、S、K、Na、Mg、Cl など

1)細胞膜の構造と機能
細胞内に存在するすべての物質を外界と隔てている。細胞は細胞膜を介して必要なものを取り込み、不要なものを排出している
ア.細胞膜の微細構造
細胞膜はたんぱく質と脂質(重荷リン脂質)より成る。厚さ75オングストローム(7.5ナノメートル)。細胞膜にはリン脂質分子が規則正しく配列しており、二重の層を作り、各々は疎水基を内側にして並ぶ。そこにさまざまな形をしたたんぱく質が分布する。外側は親水基

イ.細胞膜の性質
・半透性…水、酸素、二酸化炭素、アミノ酸などは通りやすいが、たんぱく質などのような大きな分子は通りにくいこと
・イオンについては選択的な透過性を持つ
・脂質に溶けやすい物質(ビタミン、ステロイドなど)は、比較的幕を通りやすい

p7
2)核
核は球形で、核膜におおわれている
核膜には、核膜孔があり、ここを物質が出入りする(DNA情報をコピーしたRNAが外に出て行ける)
核は通常、一個ないし数個の核小体を含む
核小体はリボソームを合成する場である
核には固体の形質を関するすべての遺伝情報を持った、DNA(デオキシリボ格さん)が存在する。これは、ヒストンを主とするたんぱく質と結合して染色質(クロマチン)と呼ばれる複合体で存在するが、細胞分裂の際に凝集して染色体(クロモソーム)を形成する
******************************************************
4月16日
★核のある細胞を真核細胞、ないものを愿核細胞という(参考まで)

(1)DNAの構造
DNAはリン酸と糖と塩基からなるヌクレオチドが鎖状につながった高分子化合物である。ヌクレオチドの鎖が二本無機愛互いの塩基同士で結合して、二重らせん構造を形成している。二重螺旋構造を形成する際、決まった組み合わせでのみ行われる。これを相補性という

★DNAを構成する糖=デオキシリボース
★ヌクレオチド(リン酸、糖、塩基の組み合わせでできたすべてのものをヌクレオチドと呼ぶ)
○ - △ - □
リン酸 糖 塩基
★塩基の種類
アデニン、グアニン、チミン、シトシン
A:T G:C

p8
(2)細胞分裂とDNA
体細胞分裂の際、核内の全DNAは正確にコピーされて、まったく同じDNAが合成され、新しい細胞に受け継がれる。

(3)たんぱく質の合成
DNAには細胞が作り出すたんぱく質合成に関するすべての情報が含まれている。RNA(リボ核酸)は細胞特有のたんぱく質合成に重要な役割を持つ。

ア.RNA
ヌクレオチドが一本の鎖状になっている伝令RNA(メッセンジャーRNA)、運搬RNA(トランスファRNA)、リボソームRNA(rRNA)がある。

******************************************
4月19日
★RNA(リボ核酸)
糖:リボース
アデニン:ウラシル、グアニン:シトシン

イ.タンパク質合成の仕方
核内でDNAの二重螺旋の一部がほどけて一本の鎖となり、その部分の塩基配列を写し取ったメッセンジャーRNAが合成される。これを転写という。
メッセンジャーRNAは、核膜孔より細胞質に出て、粗面小胞体にあるリボソームと結合し、転写した遺伝情報のアミノ酸配列を指令する。
その際、トランスファRNAが細胞質内から、必要なアミノ酸をリボソーム上へ運び、アミノ酸が連結し、たんぱく質が合成される。これを翻訳と言う。

★RNAは核から出てリボソームへ向かう。
★転写は核内で、翻訳はリボソームで

p10
(4)DNAと遺伝子
DNAのすべての塩基配列をカタカナで「ゲノム」という。
人のゲノムは約30億延期対。
DNAは数百から数十万の塩基配列が集まって一つの遺伝情報を示す
=遺伝子
ヒトには約3万個の遺伝子があるといわれている

3.細胞質
細胞質は液状の細胞質基質に満たされている。細胞質基質は細胞の形を作る、たんぱく質(細胞骨格)で構成されている。
これらのたんぱく質は細胞内の輸送や情報伝達にも関与する
細胞質内には細胞小器官が存在している

4.ミトコンドリア
内外二枚の膜からなる、棒状の小器官。内膜のところどころは、内方に向かってクリステと呼ばれるひだを作る。細胞のさまざまな活動のエネルギー減となるATP(アデノシン三リン酸)を大量に合成、供給する装置

5.小胞体とリボソーム
小胞体は細胞質内で網状に広がる小器官。表面にリボソームを持つものを粗面小胞体、持たないものを滑面小胞体
リボソーム:たんぱく質合成の場、リボソームRNAとたんぱく質からなる
滑面小胞体:細胞によって機能がことなる。
(例)肝細胞:物質の合成や分解に関与

6.ゴルジ装置
扁平な袋が重なった小器官。粗面小胞体から出る蛋白性の分泌物の、濃縮やそれを細胞外に排出する働きを持つ。

7.リソソーム(ライソソーム)
膜に包まれた袋状の小顆粒。細胞質内に散在する加水分解酵素を多く含んでおり、不要な物質の分解処理を行う。

8.中心体
一対の円筒状の小体。細胞分裂の際に働く。

◆物質代謝のしくみ
1.同化と異化
ア.同化
細胞が材料となる物質をとりいれ、細胞内で新しい物質を合成すること

イ.異化
不要になったものを分解処理したり、エネルギーを取り出す反応のこと
エネルギーを取り出す材料に使われるのは、主として糖質・脂質
たんぱく質が使われるのは、飢餓などの異常な場合のに

ウ.物質代謝
同化や異化の過程でさまざまな物質を作り出したり、エネルギーを放出したりすること

************************************
4月20日
p13 p156
2.解糖と内呼吸
グルコースを分解してATPを取り出す過程。
ア.解糖
酸素を必要としない過程。グルコースが細胞質内で酵素の働きにより、ピルビン酸になる。2ATPが生成される。
イ.クエン酸回路(TCA回路、クレブス回路)、電子伝達系
p159の図を参照
クエン酸回路は酸素を必要とする、電子伝達系では酸素をもとにエネルギーを取り出す。
両方ともミトコンドリア内で行われる
クエン酸回路で2ATP、電子伝達系で34ATPがごうせいされる
電子伝達系(=酸化的リン酸化)…水素と酸素からみ図を生成することによってエネルギー(ATP)を取り出す

ウ.内呼吸
細胞質内で起こる解糖とミトコンドリア内での酸素の供給下で起こる反応系を合わせていう。
生じたエネルギーの一部は、ATPの形で残され他は熱になる。
1モルのグルコースから38モルのATPが得られる

◆4.体液の組成
体液:身体を構成している水分を体液
体液は体重の約60%。
■1)体液の区分と移動
(1)体液の区分
細胞内液:体重の約40%
細胞外液:体重の約20%
・細胞を取り囲む間質液(体重の約15%)
・血液中の血漿(体重の約5%)
上の二つは欠陥によって隔てられている(成分としてはほとんど同じ)

*****************************
4月21日

(2)体液の移動
細胞内液と細胞外液を隔てている細胞膜や、間質液と血漿を隔てている血管は半透性を備えている
このため、水や体液に溶けている物質の内あるものは、これらの膜を通って移動することができる。

■2)体液のイオン
(1)体液のph
7.35~7.45(非常に狭い範囲に一定に保たれている)
ア.生体の酸塩基平衡
体内で酸性物質やアルカリ性物質が作り出されたり、またそうした物質が対外から入ると体液(主として血液)中の緩衝系が働いて体液にphを7.4付近に維持する機構(弱アルカリ性)

(2)体液の浸透圧
体液の浸透圧は約290ミリosmol/リットル
ア.体液の主なイオン
a.陽(+)イオン
・Na+ナトリウムイオン:細胞外液中の陽イオンの中の約90%を占める
・K+カリウムイオン:細胞内液中に多く存在
・Ca2+カルシウムイオン:大部分が骨に存在
・Mg2+マグネシウムイオン
・H+水素イオン
b.陰イオンん
・Clー塩素イオン:細胞外液中に多く存在
・HCO3ー重炭酸イオン:
・HPO4^2-リン酸イオン
・タンパク質陰イオン:細胞内に多い

*************************************
4月22日
p17
■3)体液量と水分の出納バランス
健康成人の体液量は常にほぼ一定である。
健康人の一日の水交換量は通常焼く2.5リットル
体内に新しく加わる水分の大部分は、飲料水と食物中に含まれる水分である
このほか、体内において食物の酸化によってできる水分が、約10%である

5.物質の移動
(1)拡散
物質(溶質分子)が濃度の高い方から低いほうに移動する現象
細胞膜がある物質に対して透過性を持つ場合、その物質は拡散で移動する
(2)浸透
半透膜によって、溶質濃度の異なる溶液を隔てると、膜を透過できない溶質分子は拡散できないので、変わりに水の分子(溶媒)が溶質濃度の高い方へ移動する現象のこと
このとき生じる圧力を浸透圧という

(5)ろ過
ろ紙を通すと、水や小分子のものは通り抜けるが、大きな粒子のものは通ることができないで残ることをいう
ろ過には圧力が必要である

★(1)、(3)、(5)を合わせて受動輸送と呼ぶ

(3)能動輸送
物質の濃度勾配にさからって、物質を細胞内に取り込んだり、細胞外に運び出したりする仕組みのこと
この現象は、ATPを使って行われる

(5)膜動輸送(サイトーシス)
ア.食作用
細胞膜がある物質に接触すると、膜に凹みが生じてそこから小胞になって細胞内に取り込まれる現象のこと
ex.白血球が外的を食べてしまう時とか
イ.飲作用
取り込まれる物質が液体の場合にいう、食作用と同様
ウ.開口放出
細胞の内から外に物質を放出すること
ex.ホルモンの分泌など

********************************************
4月23日
6.細胞膜の電気的性質
■1)静止電位
すべての細胞は制止時において細胞の内側は外側に対してマイナスになっている
この電位のことを静止電位という
神経細胞の場合、約-60~-90ミリボルトの負電位を示す
ア.機序
細胞内外のイオン分布の相違による
→細胞外はNa+やCl-が多く、細胞外はk+やタンパク質陰イオンが多い
K+は細胞膜にある狭いチャネルを通過できるが、タンパク質陰イオンは通過できない
k+は拡散によって細胞内から細胞外へ流出する
k+は細胞内のたんぱく質印イオンに、電気的に引き寄せられ細胞外から細胞内へ流入する
この流れのつりあった電位が静止電位に非常に近い

a.ナトリウムポンプ(ナトリウムカリウムポンプとも)
エネルギー(ATP)を使って、濃度勾配に逆らってNa+を細胞内から細胞外へ送り出す仕組みのこと
細胞膜はわずかながらNa+を透過する

細胞外に多いNa+が細胞内へ

ナトリウムポンプ

イオン分布を維持

***************************
4月26日
p272
■2)活動電位
ア.活動電位(インパルス、スパイク)
刺激が脱分極(閾値)に達すると、細胞膜の内外の電位差が一過性に変化する
このとき生じた電位のことをいう
持続時間はニューロンの場合、ミリ秒単位である
★脱分極:負の膜電位がゼロの方向に向かうことである
★閾値が高→感受性が弱
閾値が低→感受性が強

イ.全か無の法則
閾値以上の刺激であれば、刺激強度の大小とは無関係に一定の形と大きさの活動電位が発生すること

p274のグラフ参照
ウ.脱分極相
活動電位が発生している時、ナトリウムイオンのまくの透過性が急速に増加し、細胞外のナトリウムイオンが濃度勾配にそって細胞内に流入する
★上昇のはじめから頂点まで

エ.再分極相
活動電位がゼロを超えてプラスになるにつれて、膜のカリウムイオンに対する透過性が増加して、細胞内のカリウムイオンが細胞外へ流出するために、活動電位は頂点に達したのち、急速に低下して再び負の静止電位に戻る時期のこと
★頂点から下って過分極を過ぎて静止電位に戻るまで

オ.オーバーシュート
ゼロを超えてプラスになる活動電位のこと

カ.過分極
静止電位より膜電位が陰性方向に変化すること
★活動電位発生中に流入したナトリウムイオンと流出したカリウムイオンは、ナトリウムポンプでもとの状態に戻される

キ.絶対負応期
活動電位の上昇相と下降相の大部分で、新たに細胞が興奮できない時期

ク.相対負応期
絶対負応期終了後の、細胞が興奮しにくい時期
この時期は活動電位を誘発するための閾値が高くなり、活動電位の大きさも通常より小さくなる

p156
7.
2.三大栄養素の働き
■1)糖質
炭素、酸素、水素からなり、水素と酸素の割合が2:1となる
淡水化物ともいわれる
(1)糖質とは
①単糖類
糖質の最小単位
グルコース(ブドウ糖)、ガラクトース、フルクトース(果糖)
(参考)デオキシリボース、リボースも単糖類

②二糖類
単糖類が二個結合したもの
・ショ糖(スクロース)は、グルコースとフルクトースが結合
・乳糖(ラクトース)はグルコースとガラクトースが結合
・麦芽糖(マルトース)はグルコースとグルコースが結合
③多糖類
単糖類が多数結合したもの
でんぷん、グリコーゲン、、セルロースはいずれもグルコースが多数結合したもの

*******************************
4月27日

(2)糖質の働き
糖質は主に生命活動のエネルギー源としてはたらく
グルコースは血液中にもっとも多く含まれる単糖類
血液中のグルコースを血糖という
血糖は必要に応じて書く細胞にとりこまれエネルギー源となる
糖質の一部は糖鎖や核酸、アミノ酸、脂質の合成にりようされる

■2)脂質
(1)脂質とは
水に不溶な分子である
主な成分は炭素、酸素、水素である
含まれる水素と酸素の割合は2:1ではない(糖質と違う)
他の栄養素と比べ、高いエネルギーを出す
貯蓄エネルギーとして重要

①単純脂質
アルコールと脂肪酸が結合した物質をいう
食物中の単純脂質の大部分は中性脂肪(トリグリセリド)である
中性脂肪は一分子のグリセリンと三分子の脂肪酸からなる
②複合脂質
タンパク質など他の物質と結合している脂質をいう
リンを含むリン脂質(細胞膜など)、糖を含む糖資質、たんぱく質を含むリポタンパクなど
③誘導脂質
脂質の分解産物のうち、脂溶性を示すものをいう
脂肪酸、脂溶性ビタミン、ステロイド

★必須脂肪酸:対外から取り入れるしかない脂質
・リノレン酸
・リノール酸
・アラキドン酸

(2)脂質の働き
①エネルギー源
トリグリセリドはエネルギー源として重要で、特に貯蔵エネルギーとして重要
つまり、余分な中性脂肪は皮下や内臓の脂肪組織に蓄えられ、必要に応じて分解され血中へ放出、利用される
②細胞膜の構成成分
リン脂質は細胞膜の主成分であり、コレステロールは細胞膜に強度を与える
糖脂質は細胞表面で膜の認識機構などに関与する
③各種化合物の原料
コレステロールは胆汁酸やステロイドホルモンの前駆物質となる(からできる)

④物質の運搬
血液中の脂質はタンパク質と結合して水溶性のリポタンパクを形成する
リポタンパクは比重の小さいものから、以下のように分けられる
・キロミクロン(カイロミクロン)
・超低密度(低比重)リポタンパク
・低密度リポタンパク(LDL)
・高密度リポタンパク(HDL)
・超高密度リポタンパク
LDLはコレステロールを運搬する働きがあり、HDLは血管壁に蓄積したコレステロールを除去するはたらきがある
★タンパク質の法が重くて脂質のほうが軽い
タンパク質の割合が高まるにしたがって名前が変わる

■3)タンパク質
(1)タンパク質とは
タンパク質は炭素、水素、酸素、以外に窒素を含む
多数のアミノ酸がペプチド結合して作られる
体内で合成できるアミノ酸を非必須アミノ酸といい、体内で合成できず対外から摂取すべきアミノ酸を必須アミノ酸という
アミノ酸からなるものを単純タンパク質
他の物質と結合しているものを複合タンパク質という

★必須アミノ酸
メチオニン
トリプトファン
ロイシン
バリン
スレオニン
フェニルアラニン
リジン
イソロイシン

★成長期にのみとる必要のある、準必須アミノ酸もある

(2)タンパク質の働き
タンパク質は身体の主要な構成成分である
細胞内で行われるぬっしつ代謝に必要な控訴の材料だけで なく、筋収縮、免疫など、ほとんどの生体機能に関与する





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