渗透和主动转运的区别

细胞为了生长和复制有许多要求，即使是不活跃生长或复制的细胞也需要来自环境的营养才能发挥作用。细胞的许多需求是可以在细胞外找到的分子，包括水、糖、维生素和蛋白质。

细胞膜具有重要的保护和结构功能，它的作用是将细胞内容物与外部环境分开。细胞膜的脂质双层由磷脂组成，磷脂具有疏水性(油溶性，“怕水”)尾巴，形成环境中许多溶质和分子的屏障。细胞膜的这一特性使细胞内部环境与外部环境不同，但也成为从环境中吸收某些分子和排出废物的主要障碍。

脂质双层不会对所有分子构成问题。疏水性(或油溶性)非极性分子可以不受阻碍地自由扩散通过细胞膜。这类分子包括氧气 (O2)、二氧化碳 (CO2) 和一氧化氮 (NO) 等气体。较大的疏水性有机分子也可以通过质膜，包括某些激素(如雌激素)和维生素(如维生素D)。小的极性分子(包括水)部分受到脂质双层的阻碍，但仍可以通过。

对于可以自由穿过细胞膜的分子，它们是否进入或离开细胞取决于它们的浓度。分子根据其浓度梯度(即从较高浓度到较低浓度)移动的趋势称为扩散。这意味着如果细胞内部的分子比细胞外多，分子就会流出细胞。同样，如果细胞外有更多的分子，分子将流入细胞，直到达到平衡。例如，考虑肌肉细胞。在运动过程中，细胞将 O2 转化为 CO2。当含氧血液进入肌肉时，O2从浓度较高的地方(在血液中)移动到浓度较低的地方(在肌肉细胞中)。同时，CO2 从肌肉细胞(较高)流向血液(较低)。扩散不需要能量消耗。水的扩散被赋予了一个特殊的名字，渗透。

对于较大的极性分子和任何带电分子，进入和离开细胞更加困难，因为它们不能通过脂质双层。这类分子包括离子、糖、氨基酸(蛋白质的组成部分)以及细胞生存和功能所需的更多东西。为了解决这个问题，细胞具有转运蛋白，允许这些分子进出细胞。这些转运蛋白占细胞膜中蛋白质的15-30%。

转运蛋白有几种形状和大小，但都通过脂质双层延伸，并且每个转运蛋白都有特定类型的分子。有载体蛋白(也称为转运蛋白或渗透酶)，它们与膜一侧的溶质或分子结合并将其运输到膜的另一侧。第二类转运蛋白包括通道蛋白。通道蛋白在膜中形成亲水(“亲水”)开口，允许极性或带电分子流过。通道蛋白和载体蛋白都有助于转运到细胞内和细胞外。

分子可以通过从高浓度到低浓度的运输蛋白质。这个过程称为被动传输或促进扩散。它类似于非极性分子或水直接通过脂质双层的扩散，只是它需要转运蛋白。

有时，细胞需要来自环境中的东西，这些东西在细胞外以非常低的浓度存在。或者，细胞内可能需要极低浓度的某种溶质。虽然扩散将使细胞内外的浓度趋于平衡，但称为主动传输的过程有助于将溶质或分子集中在细胞内部或外部。主动运输需要能量消耗来使分子与其浓度梯度相抗衡。真核细胞中有两种主要形式的主动转运。第一种类型由ATP驱动的泵组成。这些泵使用ATP水解将特定类别的溶质或分子运输到膜上，以将其浓缩在细胞内或细胞外。第二种类型(称为共转运蛋白)将一个分子的运输与其浓度梯度(从低到高)与第二个分子沿其浓度梯度(从高到低)的传输耦合。

细胞还使用主动转运来维持适当的离子浓度。离子浓度对于细胞的电性能非常重要，控制细胞中的水量和离子的其他重要功能。例如，镁离子(MG2+)对于参与DNA修复和维持的许多蛋白质非常重要。钙(Ca2+)在许多细胞过程中也很重要，主动转运有助于维持1：10，000的钙梯度。离子穿过脂质双层的传输不仅取决于浓度梯度，还取决于膜的电性能，其中类似电荷排斥。钠钾ATP酶或Na + - K +泵在细胞外保持较高浓度的钠。几乎三分之一的电池能量需求被消耗在这项工作中。离子主动传输的巨大能量消耗证实了在适当的细胞功能中保持分子平衡的重要性。