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简单扩散的定义
简单扩散是一种类型的被动运输溶质运动，顾名思义，就是溶质在可渗透势垒两侧的电化学电位不同时所发生的运动。
- 虽然在其他科学学科等化学等中，扩散是指从生物学中较高浓度的“散布”分子，该方法涉及一种选择性可渗透的生物膜。
- 在简单扩散中，像所有其他被动传输机制一样，分子沿着浓度梯度运动，直到溶质的浓度在两边都是均匀的。
简单扩散原则
简单的扩散如何工作如何？
图像来源：汗学院
- 在通过膜的自由扩散过程中，溶质粒子像在自由溶液中一样，通过随机的布朗运动运动。
- 溶质通量，这是一个可测量和可重复的量，本质上是这些分离运动的结果。
- 尽管单个溶质粒子的路径无法预测，但大量这些路径的总和是相当可重现的。
- 自由扩散中的通量可以用Teorell(1953)提出的一种形式简单地表述:
流量=流动性*浓度*驱动力
- 通量是溶质每秒钟穿过一平方厘米薄膜的摩尔数。
- 助焊剂与溶质迁移率的产物成比例，该溶质迁移率测量易于运输，浓度，测量参与该过程的材料的量，以及驱动力。
- 当溶质的化学电位在限定膜的两相中相同时，溶质在平衡状态，其跨越膜的助焊剂为零。
- 然而，当浓度不同时，形成了一个化学梯度势，这是溶质通量的驱动力。
- 溶质的流动性反过来又取决于膜对特定溶质的渗透性，而对于生物系统，渗透性必须通过实验来确定．
电解质的扩散
- 带电物质扩散的原理是由一个附加的力沿着浓度梯度驱动的。
- 当存在静电潜在梯度时，带电溶质受到电力的影响。
- 因此，电解液输运的驱动力是梯度电化学潜力而不是化学潜力。
- 由于任何电解质溶液都必须包含至少一个阴离子和一个阳离子，因此总有至少两种溶质物质导致多重通量。
影响简单扩散的因素
由于扩散速率是由几个参数决定的，这些参数/因素影响扩散机制。
- 浓度梯度
- 通过生物膜的浓度梯度是非电解质扩散的驱动力。
- 因此，膜上的浓度差异越高，扩散速率越高。
- 当分子在膜上的分布趋于均匀时，扩散速率降低。
- 一旦平衡保持在膜上，扩散过程停止了。
- 溶质分子的质量/大小
- 分子的大小也影响在生物膜上扩散的速度。
- 如果分子的尺寸较大，它穿过膜就会更加困难，这反过来又减慢了分子的扩散速度。
- 因此，小分子的扩散速度较高，大分子的扩散速度较慢。
- 温度
- 系统的温度也会影响简单扩散的过程。
- 随着温度的升高，分子的能量也增加。
- 能量较高的分子可以更快地通过膜，而能量较低的粒子移动较慢。
- 溶解度
- 分子在培养基中的溶解度也影响颗粒的扩散速率。
- 脂溶性分子可以像质膜一样快速地穿过脂质层。
- 类似地，极性和非极性分子也以不同的速度移动，这取决于生物膜的性质。
- 溶剂密度
- 随着溶剂密度的增加，扩散速率降低。
- 更致密的溶剂，溶质移动更加困难。
- 溶剂密度在细胞质中溶质的运动中起着重要的作用。
- 细胞质密度的增加减缓了分子和气体的运动，反之亦然。
- 生物膜的表面积和厚度
- 随着膜的表面积的增加，扩散速率增加。
- 表面积的增加增加了分子的渗透性或迁移率，因为迁移率是影响通量的因素之一。
- 同样，扩散速率也随着膜厚度的增加而降低。
简单扩散的例子
氧气和二氧化碳
- 简单扩散的经典例子之一是气体在动物中穿过膜的运动。
- 溶入血液的氧气和二氧化碳通过简单的扩散过程进行交换。
- 根据这些气体在电池中的浓度梯度，确定气体运动的方向。
- 肺泡内的氧气浓度比吸入时的血管高。因此，氧气从肺泡进入血液。
- 同样，在呼气过程中，血液中的二氧化碳浓度要高于肺泡，这导致二氧化碳向肺部移动。
- 在血液和细胞之间的气体交换过程中发生类似的过程。
废料
- 在动物中，废物的清除是通过简单的扩散进行的。
- 在肝脏中，废料尿素通过简单的扩散来排除在血液上。
- 同样，在肾脏中，通过简单的扩散去除废化学品和毒素并吸收水。单独的主动运输也发生在肾脏的某些部位。
细菌的营养
- 代原核苷酸等细菌没有专门的机制，可以在整个身体中营养，水，气体和其他溶质的运动。
- 因此，它们依赖于这些分子在细胞质内运动的简单扩散过程。
- 此外，细菌中的废物排泄也借助于简单的扩散，因为它发生在一般的身体表面。
简单扩散的应用
简单扩散的概念被应用于食品、医药、环境等各个领域
- 在饮料如茶叶和苏打水，来自茶叶的气体和化学品的扩散在特定味道的发展中起着至关重要的作用。
- 简单扩散的过程应用于药物在体内的作用。一旦药物被摄入，这些分子通过简单的扩散过程被释放到各自的作用部位。
- 空气污染是扩散造成的另一种现象。从农业、工业和机械过程中释放的各种气体的扩散导致空气污染。
- 合金的形成也是扩散的结果。在一个金属的长期暴露于另一种金属下，原子将从一种金属漫射到另一个金属以填充空间。这导致不同合金的形成。
参考文献
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