受動輸送

受動輸送（じゅどうゆそう、Passive Transport）

受動輸送は、物質が細胞膜などの生体膜を通過する際に、外部からのエネルギー供給（例えばアデノシン三リン酸、ATPの加水分解）を必要としない膜輸送の形式です。この輸送の原動力となるのは、物質の濃度が高い場所から低い場所へ向かう自然な傾向、すなわち濃度勾配です。物質は濃度勾配に逆らうことなく移動するため、輸送速度は基本的に濃度勾配に比例するという特徴を持ちます。

受動輸送は、そのメカニズムの違いによって主に以下の四つの形態に分類されます。

1. 単純拡散（受動拡散）
2. 促進拡散
3. ろ過
4. 浸透

これらの形式は、輸送される物質の種類や生体膜の状態によって使い分けられます。

単純拡散（受動拡散）

単純拡散は、分子やイオンといった物質が、特別な輸送体を介さずに膜を直接透過する現象です。これは、物質が持つランダムな運動エネルギーによって、高濃度領域から低濃度領域へと自発的に移動する過程です。この拡散の結果、系の乱雑さを示すエントロピーは増加し、安定化が進みます。単純拡散の速度は、物質の濃度差、膜の厚さ、透過性などに依存し、フィックの法則によって記述されます。輸送体を必要としないため、膜を透過できる物質であれば、濃度が高くなっても輸送速度が飽和することはありません。

単純拡散は、さらに二つの経路に分けられます。

溶解拡散: 脂質二重層からなる生体膜の中に物質が溶解し、膜内を移動してから反対側へ出ていく経路です。脂質膜を通過するため、脂溶性の高い分子がこの経路を主に利用します。これは脂質経路とも呼ばれます。
制限拡散: 生体膜に存在するチャネル蛋白質（細孔）を通過する経路です。溶解拡散では膜を透過しにくい水溶性の分子などがこの経路を利用します。細孔経路とも呼ばれ、細孔のサイズによって透過できる分子の大きさに制限があります。概ね、球状分子で分子量約150、鎖状分子で約400程度まで透過可能とされています。また、生体膜表面が負に帯電している場合が多く、陰イオンはこの静電的反発によって透過しにくくなることがあります。

単純拡散における薬物の膜透過を説明する概念として、pH分配仮説があります。体内の薬物は、分子型（非解離型）とイオン型（解離型）の間で平衡状態にありますが、一般的に脂溶性の高い分子型が生体膜を透過しやすく、水溶性のイオン型は透過しにくいとされます。このため、薬物の生体膜透過や体内分布は周囲のpHに大きく影響されると考えられています。

促進拡散

水溶性の分子は、単純拡散による脂質膜透過が困難です。促進拡散は、このような分子が生体膜に存在する特定の輸送体蛋白質（キャリア蛋白など）と結合し、その輸送体の働きによって膜を通過する形式です。糖やアミノ酸などが促進拡散によって輸送される代表的な物質です。例えば、赤血球膜におけるグルコースの取り込みがよく知られています。濃度勾配に従うという点では単純拡散と同じですが、輸送体を介するため、輸送できる物質の量には限りがあり、濃度が高くなると輸送速度が飽和するという特徴があります。輸送速度は、酵素反応速度と同様にミカエリス・メンテン式に従って記述されることがあります。

ろ過

ろ過は、血管などの膜を通して、主に血圧を駆動力として水分とそれに溶解した溶質が膜の外へ押し出される現象です。どのような溶質が膜を通過できるかは、膜（血管壁など）に存在する孔のサイズに依存します。腎臓の糸球体では非常に小さな孔しかないため、アルブミンなどの比較的小さな血中蛋白質でさえほとんど濾し出されません。一方、肝臓では孔が比較的大きく、様々な蛋白質が血管外へ移動することが可能です。

浸透

浸透は、水分子のような小さな分子は自由に通過できるが、蛋白質のような大きな溶質は通過できない半透膜（生体膜がこれに相当します）を介して起こる水の移動現象です。溶質の濃度が低い方から高い方へ水が移動することで生じます。細胞内外の溶質濃度差（浸透圧差）が水の移動の駆動力となります。

細胞内外の浸透圧は通常一定に保たれていますが、外部の環境によって浸透圧が変化すると細胞の状態も変わります。例えば、細胞よりも溶質濃度が高い高張溶液中では、細胞内の水が細胞外へ移動し、植物細胞では原形質分離、動物細胞では萎縮が起こります。逆に、細胞よりも溶質濃度が低い低張溶液中では、外部の水が細胞内へ流入し、動物細胞では細胞が膨張して破裂（溶血など）する可能性があります。生理食塩水のような細胞と等しい浸透圧を持つ等張溶液中では、水の出入りが平衡しており、細胞の形態に変化は見られません。

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