扩散
作者: 医知苑
最后更新时间: 2024-01-09
作者: 医知苑
最后更新时间: 2024-01-09
细胞膜具有选择性透过性。这意味着它们允许某些分子自由穿过它们，但不允许其他分子自由通过。从广义上讲，分子跨膜移动有三种方式。这些过程是扩散、 渗透 和 主动运输。
在本文中，我们将描述扩散过程，讨论不同类型的扩散，并考虑该过程的临床相关性。
扩散机制
扩散是分子沿着浓度梯度移动，从高浓度区域到低浓度区域。这个过程是被动的，即不需要输入额外的能量；仅浓度梯度就足以驱动该过程。
扩散类型
穿过细胞膜的扩散要么简单，要么容易。
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简单扩散 | 促进扩散 |
| 机制 | 分子直接穿过膜，无需载体蛋白的帮助 | 运动沿着浓度梯度被动发生，然而，分子需要载体蛋白的帮助才能穿过脂质双层 |
| 使用此过程的分子示例 |
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参与促进扩散的膜转运蛋白的一个例子是 GLUT-2 蛋白，它是参与葡萄糖从肝脏转移到血液中的主要蛋白。
图 1 – 穿过质膜的扩散
扩散率
菲克定律描述了影响扩散速率的因素。简化地说，这表明：
“扩散速率与浓度梯度、扩散路径的长度和可用于扩散的表面积成正比。”
这可以写成如下：
扩散速率∝（表面积×浓度梯度）/（扩散路径长度）
NB 菲克的扩散定律实际上更复杂，但超出了本文的范围。
表 1 总结了这些因素的影响：
| 因素 | 扩散速度增加 | 扩散率降低 |
| 浓度梯度 | 大梯度 | 小梯度 |
| 路径长度 | 短路径 | 长路 |
| 表面积 | 更大的表面积 | 减少表面积 |
临床相关性 -药物靶点
允许促进扩散的通道蛋白可用作药理学靶点，特别是在肾脏中。一些例子包括：
- SGLT-2抑制剂：减少近曲小管中葡萄糖的重吸收，用于治疗2型糖尿病。
- 袢利尿剂：通过阻断钠/钾/氯协同转运蛋白（NKCC2）来减少亨利袢中的水重吸收。它们用于充血性心力衰竭等病症。
- 噻嗪类利尿剂：通过阻断钠/氯同向转运体（NCCT）来减少远端曲管中的水重吸收。这些主要用于治疗高血压。
临床相关性 – 囊性纤维化
囊性纤维化跨膜传导调节 蛋白 (CFTR) 是一种配体门控氯离子通道，存在于肺、胰腺和生殖道等许多器官上皮细胞的细胞膜中。
对于健康人来说，它可以让氯离子自由地流出细胞。这些氯离子被动地跟随钠离子以维持电化学平衡，然后水通过渗透作用跟随。这使得这些器官的分泌物保持稀薄和水样。
囊性纤维化是由导致 CFTR 蛋白缺失或功能障碍的各种突变引起的。这意味着氯离子不能流出细胞，因此钠或水也不能流出细胞。这会导致粘液变得粘稠，这对肺、胰腺和生殖道来说尤其成问题。
然而，在汗腺中，CFTR蛋白的作用略有不同。在汗腺中，CFTR 蛋白不会让氯离子流出细胞，而是参与从汗液中重新吸收氯离子，然后再吸收钠离子。在囊性纤维化中，这种情况不会发生，因此钠和氯化物保留在汗液中，从而产生 囊性纤维化中典型的 “咸味”汗液。
图 2 – 囊性纤维化中功能正常 (1) 和故障 (2) 氯离子通道的图表