扩散作用

在驱动力的作用下粒子的转移过程

扩散作用是指在驱动力的作用下物质(原子、离子、分子)的转移过程。在岩浆熔体中，扩散作用是由于相邻部分温度上的差异引起的。概括有两种情况。在岩浆侵入体的不同部位存在温度梯度﹐一般边缘较低﹐中心较高。岩体中的温度梯度﹐会产生浓度梯度﹐使高熔点组分向低温区扩散﹐出现低温区高熔点组分集中现象。岩体边缘暗色矿物较多。扩散作用的大小以单位时间内质点扩散范围表示（平方厘米/秒）﹐称扩散系数。

地质

扩散系数与岩浆的温度成正相关﹐而与岩浆的黏度成反相关。

细胞生物学与化学

一扩散作用特征

物质及扩散作用经细胞膜进出细胞时，有如下两种共同的特性：

⒈物质的扩散方向受物质浓度梯度影响。即细胞内外某物质的浓度若不同时，则物质会由高浓度扩散到低浓度的地方，若两边浓度相差越大，则物质的扩散速率越快。

⒉不必消耗ATP，即可进行此扩散作用。

理解

分子简式A-P~P~P，式中的A表示腺苷，T表示三个，P代表高能磷酸基，“-”表示普通的磷酸键，“~”代表一种特殊的化学键，称为高能磷酸键。动物是由线粒体的呼吸产生植物体是由叶绿体的光合作用和呼吸作用产生结构式及球棍模型。ATP在ATP水解酶的作用下远离A（腺苷）的“~”断裂，ATP水解成ADP+Pi（游离磷酸团）+能量。

ATP是一种高能磷酸化合物，在细胞中，它与ADP的相互转化实现贮能和放能，从而保证细胞各项生命活动的能量供应。生成ATP的途径主要有两条：一条是植物体内含有叶绿体的细胞，在光合作用的光反应阶段生成ATP；另一条是所有活细胞都能通过细胞呼吸生成ATP。

延伸

（一）无氧代谢：剧烈运动时，体内处于暂时缺氧状态，在缺氧状态下体内能源物质的代谢过程，称为无氧代谢。它包括以下两个供能系统。 ①非乳酸能（ATP—CP）系统—一般可维持10秒肌肉活动无氧代谢 ②乳酸能系统—一般可维持1~3分的肌肉活动非乳酸能（ATP—CP）系统和乳酸能系统是从事短时间、剧烈运动肌肉供能的主要方式。ATP释放能量供肌肉收缩的时间仅为1~3秒，要靠CP分解提供能量，但肌肉中CP的含量也只能够供ATP合成后分解的能量维持6~8秒肌肉收缩的时间。因此，进行10秒以内的快速活动主要靠ATP—CP系统供给肌肉收缩时的能量。乳酸能系统是持续进行剧烈运动时，肌肉内的肌糖元在缺氧状态下进行酵解，经过一系列化学反应，最终在体内产生乳酸，同时释放能量供肌肉收缩。这一代谢过程，可供1~3分左右肌肉收缩的时间。

二、扩散作用的类别

有些物质扩散时是受到细胞膜中蛋白质所调控，此称为「促进的扩散作用」（facilitated diffusion）。而有些物质则不受到细胞膜中蛋白质所调控，此称为「单纯的扩散作用」（simple diffusion）。

⒈单纯的扩散作用（simple diffusion）

一般气体分子的扩散属此类，也就是生物体的气体交换（如动物细胞进行呼吸作用时，吸入氧气，放出二氧化碳，植物行光合作用时，吸收二氧化碳，放出氧气），均是此「单纯的扩散作用」。由于此类的扩散作用不受细胞膜中蛋白质或载体（carrier）所影响，所以细胞膜对这些气体分子的扩散作用没有调控能力。此类的扩散作用犹如一家烤肉万家香的香味扩散作用，均是属「自然发生」的现象。不过二氧化碳溶于水后，变成 HCO3-（即CO2+H2O --＞HCO3-+H+）时，则不能再以单纯的扩散作用进出细胞。

⒉促进扩散作用（facilitated diffusion）此类扩散作用需要细胞膜中蛋白质的协助才能进行，惟因细胞膜中协助物质扩散作用的蛋白质性质不同，所以此类扩散作用又可分为如下两种:

⑴藉蛋白质通道（channel protein）的扩散作用。数个蛋白质于细胞膜中形成通道（channel），物质必需经由此通道才能进出细胞。此通道管制物质进出有其专一性，即某一种通道只允许某一种物质进出细胞;已知的通道蛋白质均是属于离子专用的通道，如K+、Na+的专用通道等。虽然细胞膜中有此通道，且通道具专一性，可是物质并非全天候可自由经此通道进出细胞，因为通道的一端尚有门（gate）管制着，当通道开门的时候，物质才能进出，当通道关门的时候，物质则不能进出细胞。虽然此通道开门关门机制仍不很清楚，可是生物本身的某种生理需求，或是周围环境因素变化（如光照），都可影响此通道门的开关。

⑵藉载体蛋白质（carrier protein）的扩散作用。必借着细胞膜中的载体蛋白质的携带，物质才能扩散进出细胞。此载体管制物质进出有其专一性，即某一种载体只携带某一种特定物质进出细胞。

以上所述三种物质扩散作用（即单纯扩散、藉通道蛋白质扩散作用和藉载体蛋白质扩散作用），均不需要能量ATP的供给，一般称为「被动运输（或输送）」（Passive absorption或passive transport）。

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