拡散

生物学において、拡散とは、細胞膜を通過する溶質分子 (酸素、グルコースなど) の受動的輸送です。

この細胞拡散のプロセスでは、物質はより濃度の高い領域 (低張) から濃度の低い領域 (低張) に移動する傾向があります。エネルギーの消費がないため、このプロセス全体は受動的であり、その目的は濃度勾配のみに応じて 濃度を均一にすること です。

細胞拡散は、胚発生のほぼすべてのプロセスに関与することに加えて、消化された栄養素の吸収、ガス交換、ホルモンの移動のために人体内で必要です。

集中を均一化するこのプロセス全体で、2 種類の拡散が発生する可能性があります。

これは、輸送タンパク質の 助けを借りずに、 溶質が細胞膜を直接横切って、より濃度の高い媒体からより濃度の低い媒体へ移動するプロセスです。

単純な拡散の最も一般的な例は 呼吸 です。これには、血液内外のガス (酸素と二酸化炭素) の拡散が関係します。

下の図に示すように、肺では、二酸化炭素が肺胞で血液から空気中に拡散し、赤血球が酸素と結合して空気から血液中に拡散します。

血液中の酸素およびその他の栄養素は組織に輸送され、そこでガスと栄養素が交換されます。

二酸化炭素と老廃物は組織細胞から血液中に拡散し、血液中の酸素、ブドウ糖、その他の栄養素は体の組織に拡散します。

促進拡散では、溶質は 促進タンパク質の助けを借りて、 より濃度の高い媒体からより濃度の低い媒体へ移動します。

これらの酵素は パーミアーゼ (またはイオン チャネル) または キャリア と呼ばれ、溶質を濃度の低い媒体に運ぶことができるようにその層を変換します。

キャリア酵素の例としては、炭水化物、アミノ酸、ビタミン、およびナトリウムやカリウムなどの一部のイオンが挙げられます。

例えば、細胞膜に埋め込まれたイオンチャネルタンパク質や輸送タンパク質を利用することで、これらの物質を細胞内に輸送することができます。トランザクションが完了すると、タンパク質は元の位置に戻ります。

促進拡散の最も一般的な例の 1 つは、細胞外環境 (細胞の外側) から細胞内環境 (細胞の内側) へのグルコースの輸送です。

グルコースの量は血液中、つまり細胞の外に大量に存在するため、拡散はタンパク質を使用してこの輸送を実行し、細胞内環境の濃度を均一にすることを目的としています。

単純拡散と促進拡散の主な違いは、分子が膜を通過して輸送される方法です。

この違いは、原形質膜が リン脂質二重層 によって形成されているために起こります。したがって、特定の物質が促進剤の助けなしにこの二重層を通過できる場合、その物質は 脂溶性である と見なされ、 疎水性 とも呼ばれます。

しかし、 親水性 または 親油性 としても知られる 水溶性 の物質も数多くあります。この場合、分子は水溶性、つまり極性分子であるため、膜を通過するには非極性トランスポーター（タンパク質）が必要です。

この促進タンパク質は、極性物質の通過を可能にする内部極性構造と、溶質が溶解せずに膜を通過できる外部非極性構造を持っています。これは促進的拡散の場合です。

浸透では、水の流れの方向は溶質濃度によって決まります。単純な促進拡散とは異なり、ここでの水は低張溶液 (溶質濃度が低い) から高張溶液 (溶質濃度が高い) まで拡散します。

浸透 の意味について詳しくは、こちらをご覧ください。