細胞の幸福は、細胞膜を通過する分子の通過を制御する能力に依存します。 一部の分子は、細胞の助けなしに細胞膜を通って拡散することができます。 他のものは、細胞に出入りするために膜貫通タンパク質の助けを必要とします。 分子が細胞膜全体に拡散するかどうかは、濃度、電荷、サイズの3つの主要な要因によって決まります。
TL; DR（長すぎる; 読んでいない）
細胞膜は、細胞の内部と外界との間の障壁です。 分子が膜を横切って移動する能力は、その濃度、電荷、およびサイズに依存します。 一般に、分子は高濃度の領域から低濃度の領域まで膜を横切って拡散します。 細胞膜は、細胞が電位を維持しない限り、帯電した分子が細胞に入るのを防ぎます。 ただし、小分子は、その電荷に関係なく、膜をすり抜けることができる場合があります。
細胞膜
細胞膜には2層のリン脂質が含まれています。 各リン脂質分子には、親水性のリン酸ヘッドと2つの疎水性脂質テールがあります。 頭は細胞膜の内面と外面に沿って並んでおり、尾は中央の空間を埋めています。 さまざまな種類の膜貫通タンパク質は、細胞膜を介して受動的に拡散できない分子の促進拡散または能動輸送を提供します。 一次能動輸送では、細胞がエネルギーを消費して分子を細胞膜を通して移動させる必要があります。 拡散はそうするために細胞からのエネルギーを必要としません。
濃度と拡散
拡散は、分子が高濃度の領域から低濃度の領域に広がるのを好むために発生します。 電気化学的エネルギーと運動エネルギーの両方が拡散を促進します。 分子が細胞膜を横切って拡散するかどうかの主な決定要因は、細胞膜の両側の分子の濃度です。 たとえば、酸素の細胞外濃度は細胞内濃度よりも高いため、酸素は細胞内に拡散します。 同様の理由で二酸化炭素が拡散します。
電荷と極性
イオンは、陽子と電子の数の不均衡のために完全な電荷を持つ原子または分子です。 極性は、分子全体の電荷の不均一な分布であり、部分的に正と負の領域がいくつかあります。 荷電分子と分極分子は水に溶解し、非荷電分子は脂質に溶解します。 細胞膜の脂質テールは、荷電分子と分極分子が細胞膜を通って拡散するのを防ぎます。 ただし、一部の細胞は、イオンや分極分子を引き付けたり反発したりする可能性のある電位を細胞膜の両側に積極的に維持します。
分子サイズ
一部の分極分子は、脂質の尾をすり抜けるのに十分小さいです。 たとえば、水は分極した分子ですが、サイズが小さいため、細胞膜全体に自由に拡散できます。 これは、細胞代謝の副産物である二酸化炭素にも当てはまります。 酸素分子には極性がなく、細胞内に容易に拡散するのに十分小さい。 5つ以上の炭素原子を含む糖分子は、極性があり、細胞膜を通って拡散するには大きすぎるため、膜貫通タンパク質を通って移動する必要があります。