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水分子能夠快速地通過細胞膜脂雙層的原因
通過脂肪雙層的簡單擴散
◎脂溶性物質的擴散
決定物質通過脂肪雙層之速率的重要因素之一，即是該物質的脂溶性（lipid solubility）。舉例來說，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散通過細胞膜，就如同一般在水溶液中的擴散情形一樣。很明顯的，這些物質通過細胞膜的擴散速率會與其脂溶性直接成正比關系。尤其要注意的是，大量的氧氣都是以這種方式運輸的，因此氧氣可以自由的進入細胞內，就像細胞膜似乎不存在一樣。
◎水份以及其他非脂溶性物質的運輸
雖然水份極難溶于細胞膜脂質中，但它卻仍然可以快速地通過細胞膜，其中很多是直接穿過脂肪雙層，而更多的情形是通過細胞膜上的蛋白質通過。事實上，水分子通過細胞膜的速率是很驚人的，例如：每秒鐘通過紅血球細胞膜的水份擴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細胞膜脂雙層的原因，至今仍不清楚。但一般認為水分子的體積夠小且動能夠大
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脂肪雙層。但是當這些分子變大時，穿透力便會很快的降低，例如尿素分子的直徑雖然只有比水大20﹪，但是對細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細胞膜。
◎離子不能擴散通過脂肪雙層之原因
細胞膜之脂肪雙層對于離子的不穿透性（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，于是便妨礙其通過脂肪雙層。
（2）更重要的是，這些離子所帶的電荷會與脂肪雙層所帶的電荷互相作用。
◎通過蛋白質通道的擴散以及該通道的閘門
許多蛋白質通道（protein channel）提供了蛋白質分子間的空隙所構成的水性通路，因此許多物質可以直接經由這些通道進出細胞膜。然而，由于下列這兩種特性使得蛋白質通道變得相當特殊：
1.它們通常是選擇性地只容許某些物質通過，
2.許多蛋白質通道都有特定的閘門（gate）來控制其開關。
◎某些蛋白質通道的選擇性通透
大多數（并非全部）的蛋白質通道都具有高度的選擇性，只容許某種或某些物質（離子或分子）通過，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。舉例來說，有一種非常重要的蛋白質通道，即所謂的“鈉離子通道”（sodium channel），其大小只有0.3㎜×0.5㎜，但更重要的是其內表面帶有*的負電荷。這些負電荷主要會把鈉離子拉向通道，這是因為脫水后的鈉離子直徑要比其它離子小。鈉離子一進入通道后，便依照一般原理進行擴散。因此，鈉離子通道只特別容許鈉離子通過。
另外有一種蛋白質通道，則是選擇性地容許鉀離子通過。這種通道比鈉離子通道略小，只有0.3㎜×0.3㎜的大小，但它們不帶有負電荷。因此，并沒有很強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，這是因為鈉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這個較小的通道，而鈉離子則不行，這也是一個具有選擇性通透的離子通道。
參考資料：