主要区别 – 主动与被动扩散

细胞膜充当半透性屏障，控制分子穿过它的运动，以维持恒定的细胞溶质环境。磷脂双分子层允许一些分子通过其浓度梯度自由通过细胞膜，而另一些分子则使用特殊结构以通过细胞膜。这些结构是跨膜蛋白。其余的分子将利用细胞能量穿过细胞膜。主动和被动扩散是涉及分子跨细胞膜运输的两种方法。这 主要区别 主动扩散和被动扩散之间是 主动扩散通过使用 ATP 能量将分子泵送至浓度梯度 然而 被动扩散允许分子通过浓度梯度穿过膜。因此，被动扩散不利用细胞能量来运输分子。

涵盖的关键领域

1. 什么是主动扩散 – 定义、分子类型、传输机制 2. 什么是被动扩散 – 定义、分子类型、传输机制 3. 主动扩散与被动扩散有何相似之处 – 共同特征概要 4. 主动和被动扩散有什么区别 – 主要差异的比较

关键词：ATP、细胞膜、电化学梯度、促进扩散、渗透、初级主动扩散、次级主动扩散、简单扩散

什么是主动扩散

主动扩散是指分子或离子在细胞膜中的载体蛋白的帮助下，利用细胞能量从低浓度区域移动到高浓度区域。细胞通过主动扩散积累葡萄糖、氨基酸和离子。初级主动扩散和次级主动扩散是细胞使用的两种主动扩散机制。

初级主动扩散

初级主动扩散是指通过利用 ATP 形式的细胞能量逆浓度梯度运输分子。因此，初级主动运输利用由 ATP 驱动的载体蛋白分子。主要的主动转运在钠/钾泵（Na+/K+ ATPase）中最为明显，它维持细胞的静息电位。 ATP水解释放的能量用于将三个钠离子泵出细胞，将两个钾离子泵入细胞。在这里，钠离子从 10 mM 的较低浓度传输到 145 mM 的较高浓度。钾离子从细胞内的 140 mM 浓度转移到细胞外液的 5 mM 浓度。钠钾泵的作用如图1所示。

图 1：钠钾泵

质子/钾泵 (H+/K+ ATPase) 位于胃内壁，维持胃内的酸性环境。奥美拉唑是一种质子/钾泵抑制剂，可减少胃内的酸反流。电子传递链的氧化磷酸化和光磷酸化都使用初级主动传递来产生还原能力。

二次主动扩散

二次主动扩散是指分子通过电化学梯度释放的能量逆浓度梯度传输。在这里，跨膜蛋白是由通道蛋白（成孔蛋白）制成的。在次级主动转运中观察到另一种物质逆浓度梯度的同时运动。因此，参与二次主动扩散的通道蛋白可以被鉴定为协同转运蛋白。两种类型的协同转运蛋白是反转运蛋白和同向转运蛋白。协同转运蛋白的作用如图2所示。

图 2：协同转运蛋白

特定的离子和溶质被反向转运蛋白以相反的方向运输。钠/钙交换剂可以在动作电位后恢复心肌细胞中的钙离子浓度，是逆向转运蛋白的最常见例子。离子通过浓度梯度运输，而溶质通过同向转运体逆浓度梯度运输。在这里，两种分子以相同的方向穿过细胞膜。 SGLT2 是一种同向转运蛋白，可将葡萄糖与钠离子一起运输到细胞中。

什么是被动扩散

被动扩散是指在不利用细胞能量的情况下，离子或分子通过浓度梯度穿过细胞膜的运动。因此，被动扩散利用分子的自然熵通过细胞膜。分子的运动发生直到它们的浓度在两侧变得相等。被动扩散的四种主要类型是渗透、简单扩散、促进扩散和过滤。

简单扩散

分子穿过渗透膜的简单运动称为简单扩散。小的非极性分子使用简单的扩散。扩散距离应该更小，以保持更好的流动。简单扩散如图3所示。

图 3：简单扩散

促进扩散

极性分子和大分子通过促进扩散穿过细胞膜。参与促进扩散的三种转运蛋白是通道蛋白、水通道蛋白和载体蛋白。通道蛋白在膜上形成疏水隧道，允许选定的疏水分子穿过膜。有些通道蛋白一直是开放的，有些像离​​子通道蛋白一样是门控的。水通道蛋白允许水快速穿过膜。载体蛋白改变它们的形状，跨膜运输目标分子。促进扩散如图 4 所示。

图 4：促进扩散

过滤

过滤是由于心血管系统产生的静水压力导致溶质与水一起运动。它发生在肾脏的鲍曼囊中。过滤如图5所示。

图 5：过滤

渗透

渗透是水穿过选择性渗透膜的运动。它从高水势到低水势发生。渗透压对红细胞的影响如图 6 所示。高渗溶液中的红细胞可能会失去细胞中的水分。高渗溶液含有比红细胞细胞质更高浓度的溶质。等渗溶液含有与细胞质中相似浓度的溶质。因此，进出细胞的水的净运动为零。低渗溶液含有比细胞质低的溶质浓度。红细胞从低渗溶液中吸收水分。

图 6：红细胞的渗透压

脂溶性分子被动地通过磷脂双层。水溶性分子通过跨膜蛋白穿过细胞膜。

主动和被动扩散之间的相似之处

主动和被动扩散之间的区别

定义

主动扩散： 主动扩散是分子或离子在细胞膜中的载体蛋白的帮助下，利用细胞能量从较低浓度区域移动到较高浓度区域。

被动扩散： 被动扩散是离子或分子穿过细胞膜通过浓度梯度而不利用细胞能量的运动。

蜂窝能源使用

主动扩散： 主动扩散利用细胞能量将分子转运穿过细胞膜。

被动扩散： 被动扩散不利用细胞能量。

运输类型

主动扩散： 一次主动扩散和二次主动扩散是主动扩散的两种类型。

被动扩散： 简单扩散、促进扩散、过滤和渗透是被动扩散的四种类型。

运输分子

主动扩散： 离子、大蛋白质、复合糖以及细胞通过主动扩散运输。

被动扩散： 水溶性分子如小单糖、脂质、性激素、二氧化碳、氧气和水通过被动扩散运输。

角色

主动扩散： 主动扩散允许分子通过细胞膜，破坏由扩散建立的平衡。

被动扩散： 水、营养物、气体和废物的动态平衡是通过细胞溶胶和细胞外环境之间的被动扩散来维持的。

重要性

主动扩散： 大的不溶性分子进入细胞需要主动转运。

被动扩散： 被动扩散可以维持细胞质和细胞外液之间的微妙稳态。

结论

主动扩散和被动扩散是细胞使用的两种膜转运机制。这两个过程都是通过细胞膜发生的。细胞膜作为选择性渗透屏障，只允许不带电的小分子自由通过细胞膜。大分子以及带电离子通过主动扩散穿过细胞膜。不带电的小分子通过被动扩散。由于主动扩散是逆浓度梯度发生的，因此它以 ATP 或电化学梯度的形式使用细胞能量。但是，被动扩散是通过浓度梯度发生的，不需要细胞能量来传输分子。主动扩散和被动扩散之间的主要区别在于分子通过的类型以及每个过程对细胞能量的利用。

参考：

1. Helmenstine，安妮玛丽。 “比较和对比主动和被动运输。” ThoughtCo ，可在此处获得。

图片提供：

1. “Blausen 0818 钠钾泵”，Blausen.com 工作人员（2014 年）。 “Blausen Medical 2014 医学画廊”。维基医学杂志 1 (2)。 DOI:10.15347/wjm/2014.010。 ISSN 2002-4436。 – 通过 Commons Wikimedia2 自己的作品（CC BY 3.0）。 “Cotransporters” 维基媒体用户：Lupask – Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0) 通过 Commons Wikimedia 3。“细胞膜中的简单扩散方案”，LadyofHats Mariana Ruiz Villarreal – 自己的作品（公共领域）通过 Commons Wikimedia4。 “Blausen 0394 促进扩散”，作者：Blausen.com 工作人员（2014 年）。 “Blausen Medical 2014 医学画廊”。维基医学杂志 1 (2)。 DOI:10.15347/wjm/2014.010。 ISSN 2002-4436。 – 通过 Commons Wikimedia5 自己的作品（CC BY 3.0）。 LadyofHats Mariana Ruiz（公共领域）通过 Commons Wikimedia6 撰写的“过滤图”。 LadyofHats（公共领域）通过Commons Wikimedia撰写的“血细胞渗透压图”