単純拡散：プロセスと例 - 生物学 - 2025

単純な拡散は、物質があなたが高い物質の濃度が低い領域に集中している領域から移動される物理的プロセスです。単純拡散は、エネルギーを必要としない自然発生的なプロセスですが、濃度勾配によって促進されます。

溶解した物質は溶質と呼ばれ、ランダムな動きで溶液（または気体）を移動します。ランダムモーションは、偶然に発生するモーションとして定義されます。この場合、粒子のモーションが溶液またはガス内で変化する規則的な順序やシステムはありません。

単純拡散

分子が十分に小さい場合、この単純な拡散は、それを構成する個々のリン脂質間で、細胞膜を横切って発生する可能性があります。膜は、透過性、不透過性、または半透過性であり得る。

透過膜は、あらゆる物質を通過させる膜であり、不透過膜は、いかなる物質も通過させず、半透膜は、特定の物質のみを通過させる膜です。

シンプルな拡散プロセス

単純な拡散は、水分子とそれに溶けた溶質の間に形成される水素結合の作用によって実行されます。水分子はランダムに移動し、最終的に個々の溶質分子を取り囲み、水素結合を形成する機会を最大化します。

したがって、物質の混合物が水中で作成された場合、その物質は最初は1か所に集中します。その時、濃度勾配は非常に高いです。

時間の経過とともに、分子が移動して互いに衝突します。この動きは、溶質粒子と溶媒の間の結合の形成を促進します。ただし、これらの結合は非常に弱いため、すぐに壊れます。これは、平衡に達するまで宇宙全体に分散できる特性です。

溶質が溶液全体に均一に分布しているその時点で、濃度勾配の力は終了します。

単純な拡散の例

呼吸器系のガス交換

肺動物の呼吸器系では、酸素（O2）と二酸化炭素（CO2）が絶えず交換されています。動物は酸素を吸収し、単純な拡散によって二酸化炭素を排出します。

肺では、血液中よりも酸素濃度が高いため、これら2つの領域の間に濃度勾配があり、肺から血液への酸素の拡散が促進されます。

同様に、血液中の二酸化炭素分子は肺よりも多いため、血液から肺に移動する傾向があります。

お湯でお茶を広げる

お茶を最初に淹れるとき、溶湯のないお湯だけがあります。ティーバッグを熱湯に入れると、ティーの濃度が高いバッグからティー粒子が、ティーの濃度が低い水に放出され始めます。

分子の動きは、お茶の初期濃度勾配によって促進されます。最終的に、お茶の拡散により濃度がカップ全体で均一になり、溶液が均一になります（すべて同じ色に見えます）。この時点で、濃度勾配はなくなりました。

単純拡散と促進拡散の違い

-単純拡散では、他の構造の「助け」なしで、粒子が細胞膜を自由に通過します。対照的に、促進拡散では、分子は膜全体を横切る小さなタンパク質チャネルを介して輸送されます。

-単純拡散は、促進拡散よりも低速です。

-単純拡散は溶質に固有のものではなく、輸送される粒子が問題なく細胞膜を通過できるように、疎水性でなければならないということだけです。対照的に、促進拡散では、特定の溶質が輸送されます。

-単純拡散は抑制できませんが、促進拡散は、トランスポーターチャネルに結合する特定の分子によって抑制できます。

-単純拡散は常にパッシブプロセスです。つまり、ATPからのエネルギーを必要としません。対照的に、促進拡散は、ATPのエネルギーを必要とするかどうかに応じて、アクティブまたはパッシブのメカニズムになります。

-単純拡散では、物質は常に濃度勾配を優先して移動します。それどころか、促進拡散では、物質はその濃度勾配に逆らって、またはそれを支持して膜を通過する。

-単純な拡散は、小さな非極性分子（疎水性）の通過を可能にし、促進拡散は、大きな極性分子（親水性）の通過を可能にします。

単純拡散と浸透の違い

-単純拡散とは、濃度勾配の関数としての物質の移動を指します。一方、浸透は、水のポテンシャルの関数としての水の動きのみを指します。

-固体液体および気体中で単純拡散が発生します。逆に、浸透は液体媒体でのみ発生します。

-浸透は半透膜を介して行われるプロセスですが、単純拡散は半透膜を必要としません。

-単純な拡散により、利用可能なスペース内の溶質の濃度を均一化できます。浸透は、半透膜の両側での水の濃度の平等を支持しません。

-異なるタイプの溶媒間で単純な拡散が発生する可能性があります。対照的に、浸透は、類似の溶媒間および生物系でのみ発生します。この溶媒は一般に水です。

-単純拡散では、粒子はすべての方向に分布します。浸透では、分子の流れは基本的に同じ方向です。

-単純拡散プロセスを停止したり、元に戻したりすることはできません。代わりに、利用可能な水が少ない膜の側面に追加の圧力が加えられた場合、浸透を停止または逆にすることができます。

参考文献

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