探索生命《生物學》29
1. 細胞膜是(1)細胞的封套，對細胞內的液體產生機械性壓力，建構出細胞的外型。不只如此，細胞膜也負責(2)調節有秩序的細胞內世界與無秩序的細胞外環境之間的化學管道。
2. 每個細胞的細胞膜會選擇哪些物質可以通過，物質以什麼樣的速率通過，物質只能以哪一個方向通過。
Dvorak - String Quartet No. 12 "American" - IV
3. 細胞膜用二種方法執行控制：(1)利用被動的物理程序，例如擴散作用或滲透作用；或者(2)利用特定的生物性機制主動運輸特定物質進入或離開細胞。
擴散作用是粒子移動到濃度較低的區域 Diffusion is the Movement of Particles to Zones of Lower Concentration
4. 假設有一個方型盒子內有20顆彈珠，所有的彈珠都聚集在一個角落。當這個盒子被搖動，彈珠散落開來，平均分佈在盒底。
5. 我們從彈珠散落每一處的現象觀察到，首先，一顆彈珠可能的所有移動方向，大部分都指向遠離角落的聚集中心。彈珠快速移動的結果是打散聚集，而不是保持聚集。
6. 舉例來說，一塊的方糖溶解在熱咖啡裡，糖分子會從高濃度的區域（糖晶體）移往低濃度的區域。最後這些糖分子散佈整個咖啡液體中。咖啡液體的溫度愈高，溶液中每顆糖分子的動能愈強，糖分子重新分配的速率愈快。
7. 同樣的作用發生在活的細胞中。細胞中特定物質的粒子們的淨移動，也是從高濃度的區域移往低濃度的區域，朝向更低的濃度梯度移動。特別留意，我們指的是「淨」移動。系統內一定有些粒子的移動方向相反，但是整體來看，粒子們將會遠離高濃度的中心區域。
8. 最後的結果是，這個特定物質的組成粒子，平均分散到它們活動可及的空間中。當空間的每一個區域的濃度都一樣了，這個系統就達到平衡了，雖然粒子還會持續運動，但是系統的淨移動（改變）非常小。
9. 小顆的物質粒子們從高濃度的區域移往低濃度的區域的淨移動，稱為擴散diffusion。擴散作用在空氣中的移動速率最快，在空氣中粒子彼此的空間最大，阻止擴散的碰撞比較少。
10. 溶液中的擴散作用進行得比較慢，在靜止、冰冷的水中，物質的擴散會需要很長的一段時間，一點點的物質可能經歷了數年才移動幾英尺。
11. 在固體中的擴散作用又更慢了，固體中的分子彼此的空間很小，在分子可以開始移動前各種阻止分子離開的碰撞已經出現了。
12. 忽略反應速率太慢的原因－即使是在固體中，粒子擴散的淨作用仍舊是朝更低的濃度梯度移動，前提是系統所有區域的溫度與壓力都一樣。
13. 在活的有機體內，分子是在溫暖的溶液中移動進行擴散作用。
14. 擴散作用與熱力學第二定律有關，熱力學第二定律指出，系統的能量是不停地流失的，系統的能量持續轉換成無法循環使用的廢熱排出去，因此系統內的組成粒子變得愈來愈混亂。
15. 就像石頭傾向從山頂滾落到山腳，而不會自動從山腳爬上山頂，所有的系統都傾向於逐漸失去自由能（約束分子變自由的能量），最後達到自由能盡可能最低的狀態。
16. 高濃度的物質雖然排列得不是那麼整齊，但比起低濃度的物質，高濃度的物質是比較有秩序的，因此做功的位能（潛能）比較大，蘊含比較多的自由能。
17. 擴散作用是自發性的，因為濃縮在一起、較有秩序的分子，具有的自由能，遠高於分散開來分子。粒子依循擴散作用運動是下坡反應downhill reaction（自然發生的反應），這是從有秩序的狀態走向無秩序的狀態。
18. 擴散作用是很重要的細胞反應，因為細胞內有機分子與離子的濃度，與細胞外周遭環境的物質濃度不同。
19. 依據細胞膜內外濃度梯度的差異，各種物質會自發性地擴散進入或離開細胞，直到細胞內外的濃度一樣。確實就是阻隔了細胞內外的細胞膜，維持了細胞內的離子與溶質的適當濃度。
n 翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》；圖片來源／Cellspd5spering、Netterimages.com 、Faculty.southwest.tn.edu
沒有留言:
張貼留言