主な違い – 拡散と能動輸送

細胞膜を通過する分子の移動には、拡散と能動輸送の2種類の方法があります。

細胞膜は、それを通過する分子に対して半透過性のバリアとして機能する。

そのため、非極性の小さな分子だけが自由に細胞膜を通過することができ、極性の大きな分子の細胞膜を通過する動きは制限されています。

大きな分子や極性を持つ分子の輸送を容易にするのが能動輸送です。

拡散と能動輸送の大きな違いは、拡散が濃度勾配を介して細胞膜を越えて分子が移動する受動的な輸送方法であるのに対し、能動輸送は濃度勾配に逆らって分子を輸送するために細胞のエネルギーを必要とする点である。

拡散とは

拡散とは、高濃度から低濃度への濃度勾配に沿って分子が受動的に移動することである。

拡散の方法には、単純拡散、促進拡散、浸透圧の3つがあります。

単純拡散は、粒子が高濃度から低濃度へ移動する非援助型拡散です。

単純拡散によって分子が均等に分布すると、細胞膜の両側の分子は、分子の純移動が観察されない平衡状態になる。

酸素、二酸化炭素、エタノールなどの小さな非極性分子は、単純拡散によって細胞膜を越えて移動する。

促進拡散とは、担体分子によって濃度勾配を介して生体膜を越えて物質が輸送されることである。

水に溶けている大きなイオンや極性分子は、細胞膜にある特定の膜貫通タンパク質によって運ばれる。

極性イオンは膜貫通型のチャネルタンパク質を介して拡散し、巨大分子は膜貫通型のキャリアタンパク質を介して拡散する。

アクアポリンは、もうひとつの膜貫通タンパク質で、細胞膜を通過する水を素早く運ぶ。

浸透圧によって、水分子が細胞膜を越えて自由に拡散することを指す。

能動輸送とは、代謝エネルギーを利用して、細胞膜を越えて粒子を低濃度から高濃度へ移動させることである。

細胞膜に結合している酵素と、ATPという代謝エネルギーが、能動輸送を助けている。

活性輸送には、一次活性輸送と二次活性輸送があります。

細胞が必要とする分子は、細胞膜にある膜貫通型タンパク質に特異的に認識される。

これらの膜貫通タンパク質は、ATPを動力源としている。

神経細胞の静止電位を維持するナトリウム／カリウムポンプ（Na+/K+ ATPase）や、胃の中の酸性環境を維持するプロトン／カリウムポンプ（H+/K+ ATPase）などは、一次活性輸送の例です。

二次的な能動輸送は、電気化学的な勾配を動力源とするものです。

二次的な能動輸送に関与する膜貫通型タンパク質はコトランスポーターと呼ばれる。

共輸送体には、アンチポーターとシンポーターの2種類が存在する。

共輸送体では、イオンと特定の溶質が同じ方向に輸送され、細胞内へ、あるいは細胞外へ運ばれます。

反輸送体では、イオンと特定の溶質が反対方向に輸送される。

図2に能動輸送を示す。

Main Difference - Diffusion vs Active Transport ：図2：能動輸送

しかし、他の拡散方法は、特に能動輸送と同様に、膜貫通タンパク質を介して発生する。

拡散と能動輸送の主な違いは、細胞膜を越えて分子を輸送するために必要なエネルギーである。