通過(guò)脂肪雙層的簡(jiǎn)單擴(kuò)散

◎脂溶性物質(zhì)的擴(kuò)散

        決定物質(zhì)通過(guò)脂肪雙層之速率的重要因素之一，即是該物質(zhì)的脂溶性（lipid solubility）。舉例來(lái)說(shuō)，氧、氮、二氧化碳及酒精的脂溶性都非常高，因此它們可以直接溶解在脂肪雙層中而擴(kuò)散通過(guò)細(xì)胞膜，就如同一般在水溶液中的擴(kuò)散情形一樣。很明顯的，這些物質(zhì)通過(guò)細(xì)胞膜的擴(kuò)散速率會(huì)與其脂溶性直接成正比關(guān)系。尤其要注意的是，大量的氧氣都是以這種方式運(yùn)輸?shù)?，因此氧氣可以自由的進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，就像細(xì)胞膜似乎不存在一樣。

◎水份以及其他非脂溶性物質(zhì)的運(yùn)輸

        雖然水份極難溶于細(xì)胞膜脂質(zhì)中，但它卻仍然可以快速地通過(guò)細(xì)胞膜，其中很多是直接穿過(guò)脂肪雙層，而更多的情形是通過(guò)細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)通過(guò)。事實(shí)上，水分子通過(guò)細(xì)胞膜的速率是很驚人的，例如：每秒鐘通過(guò)紅血球細(xì)胞膜的水份擴(kuò)散總量約為紅血球本身體積的100倍。

        水分子能夠快速地通過(guò)細(xì)胞膜脂雙層的原因，至今仍不清楚。但一般認(rèn)為水分子的體積夠小且動(dòng)能夠大

        其它非脂溶性分子，如果其分子很小，便能夠藉著和水分子相同的方式通過(guò)脂肪雙層。但是當(dāng)這些分子變大時(shí)，穿透力便會(huì)很快的降低，例如尿素分子的直徑雖然只有比水大20﹪，但是對(duì)細(xì)胞膜的穿透性卻低于水的1/1000。即使如此，這樣的穿透性仍然能夠讓尿素分子很快地通過(guò)細(xì)胞膜。

◎離子不能擴(kuò)散通過(guò)脂肪雙層之原因

        細(xì)胞膜之脂肪雙層對(duì)于離子的不穿透性（impenertrability）是由于離子帶的電荷所造成的，而電荷阻止離子擴(kuò)散的原因有兩種：

（1）這些離子所帶的電荷造成了大量的水分子與之結(jié)合，形成了所謂的水合離子（hydrated ion），使得離子的體積大大地增加了，于是便妨礙其通過(guò)脂肪雙層。

（2）更重要的是，這些離子所帶的電荷會(huì)與脂肪雙層所帶的電荷互相作用。

◎通過(guò)蛋白質(zhì)通道的擴(kuò)散以及該通道的閘門(mén)

        許多蛋白質(zhì)通道（protein channel）提供了蛋白質(zhì)分子間的空隙所構(gòu)成的水性通路，因此許多物質(zhì)可以直接經(jīng)由這些通道進(jìn)出細(xì)胞膜。然而，由于下列這兩種特性使得蛋白質(zhì)通道變得相當(dāng)特殊：

1.它們通常是選擇性地只容許某些物質(zhì)通過(guò)，

2.許多蛋白質(zhì)通道都有特定的閘門(mén)（gate）來(lái)控制其開(kāi)關(guān)。

◎某些蛋白質(zhì)通道的選擇性通透

        大多數(shù)（并非全部）的蛋白質(zhì)通道都具有高度的選擇性，只容許某種或某些物質(zhì)（離子或分子）通過(guò)，這是由于該通道本身的特性所造成，例如通道的直徑、形狀以及通道表面所帶的電荷等。舉例來(lái)說(shuō)，有一種非常重要的蛋白質(zhì)通道，即所謂的“鈉離子通道”（sodium channel），其大小只有0.3㎜×0.5㎜，但更重要的是其內(nèi)表面帶有*的負(fù)電荷。這些負(fù)電荷主要會(huì)把鈉離子拉向通道，這是因?yàn)槊撍蟮拟c離子直徑要比其它離子小。鈉離子一進(jìn)入通道后，便依照一般原理進(jìn)行擴(kuò)散。因此，鈉離子通道只特別容許鈉離子通過(guò)。

        另外有一種蛋白質(zhì)通道，則是選擇性地容許鉀離子通過(guò)。這種通道比鈉離子通道略小，只有0.3㎜×0.3㎜的大小，但它們不帶有負(fù)電荷。因此，并沒(méi)有很強(qiáng)的吸引力可以將任何離子拉向該通道，并且也不能將任何離子從與其水合的水分子上拉走。然而，鉀的水合離子比鈉的水合離子要小得多，這是因?yàn)殁c比鉀少了一整條軌道的電子層，所以鈉的原子核可以吸收較多水分子。因此，體積小的水合鉀離子就可以很容易地穿過(guò)這個(gè)較小的通道，而鈉離子則不行，這也是一個(gè)具有選擇性通透的離子通道。

參考資料：