問題 １

1-1 ある細胞の細胞内外のイオン濃度は次のようである。 ２５℃における各イオンの平衡電位を求めよ。[Na⁺]₀=125mM_, [Cl^-]₀=90mM_, [Ca²⁺]₀=2.5mM_,

[Na⁺]_i=12.5mM_, [Cl^-]_i=10mM_, [Ca²⁺]_i=50 X 10^-9 M_,

ただしガス定数 R= 8.314 J/K・mol (8.314 V・C／K・mol) ; ファラデー定数 F= 96500 C/mol

絶対温度＝摂氏温度＋273; lnA=2.30log₁₀A ; log₁₀2=0.3010 ; log₁₀3=0.4771

1-2 培養グリア細胞を[K⁺]_o=5mMのリンゲル液に浸し、微小電極を刺入して膜電位を測定したところ −88.5ｍＶであった。この細胞の膜はカリウムイオンのみを透過することが分かっている。細胞内のカリウム濃度はいくらか？ √10=3.16

1-3 イオンの平衡電位とは何か説明せよ。

問題 2

微小電極をある細胞に刺入したところ、静止電位は−70ｍＶであった。電極から細胞内に２nAの電流を注入したところ、はじめは急峻な傾きで電位が脱分極し、しばらくして電位が一定になった。この時の膜電位変化の時定数は120 msecであった。また定常になった時には細胞の膜電位は−20ｍＶであった。この細胞の脂質二重層の電気容量は単位面積当たり 1.2μＦ/cm² であった。

2-1 膜の抵抗はいくらか？

2-1 この細胞の表面積はいくらか？

問題 ３

3-1 神経細胞は活動電位を発生する。 活動電位の重要な特徴の一つはall-or-noneであることである。 どのような原因で活動電位はall-or-noneでとなるのか説明せよ。

3-2 活動電位がall-or-noneであることは生体にとってどのような意義があるのか説明せよ。

問題 ４ ある神経細胞では静止電位が −60mV 、 静止時の膜コンダクタンスが 1.5 nS (1nS=1X10^-9S)であった。この細胞に興奮性と抑制性の二種類のシナプス入力がある。

4-1 興奮性シナプスのシナプス前終末にはグルタミン酸の詰まったシナプス小胞が40個あり、各小胞には2500個のグルタミン酸が含まれている。グルタミン酸受容体の１個のコンダクタンスは2pS (1pS=1X10^-12S)であり、シナプス後膜にはこれが3000個存在する。この受容体チャネルの反転電位は 5mVである。 神経インパルスがシナプス終末に到達して３個のシナプス小胞がシナプス前膜に融合し、グルタミン酸を開口放出した。放出されたグルタミン酸のうちの5％がシナプス後膜のグルタミン酸受容体に結合した。 興奮性シナプス後電位(EPSP)の大きさ（静止電位からの脱分極方向の変化を正とする）はいくらか？

4-2 抑制性シナプスからはg-アミノ酪酸（GABA）が放出される。GABA_A 受容体チャネルは塩素イオンを選択的に透過し、反転電位は−70mVである。 いま、興奮性と抑制性のシナプス入力が同時に入力し、興奮性シナプスでは 0.5nSのコンダクタンス増加が生じた。 一方、抑制性シナプスからはGABAが放出され、GABA_A 受容体チャネルの活性化によるコンダクタンスの増加は3nSであった。シナプス後電位の大きさ（静止電位からの脱分極方向の変化を正とする）はいくらか？

4-3 膜電位を−80mVに固定し抑制性シナプス入力を加えた。この時GABA_A 受容体チャネルを通って塩素イオンは細胞内から細胞外に向かって流れるであろうか、それとも細胞外から細胞内に向かって流れるであろうか？ 塩素イオンの流れる方向と、その理由を述べよ。

問題 ５

5-1神経細胞が放出する伝達物質はアミノ酸、アミン、神経ペプチドの三種類に大別される。それぞれ３つずつ例をあげよ(略号でも良い）。

アミノ酸

アミン

神経ペプチド

5-2 グルタミン酸受容体を分類し、それぞれの特徴を述べよ