水分子能够快速地通过细胞膜脂双层的原因

  决定物质通过脂肪双层之速率的重要因素之一，即是该物质的脂溶性（lipid solubility）。举例来说，氧、氮、二氧化碳及酒精的脂溶性都非常高，因此它们可以直接溶解在脂肪双层中而扩散通过细胞膜，就如同一般在水溶液中的扩散情形一样。很明显的，这些物质通过细胞膜的扩散速率会与其脂溶性直接成正比关系。尤其要注意的是，大量的氧气都是以这种方式运输的，因此氧气可以自由的进入细胞内，就像细胞膜似乎不存在一样。

◎水份以及其他非脂溶性物质的运输

        虽然水份极难溶于细胞膜脂质中，但它却仍然可以快速地通过细胞膜，其中很多是直接穿过脂肪双层，而更多的情形是通过细胞膜上的蛋白质通过。事实上，水分子通过细胞膜的速率是很惊人的，例如：每秒钟通过红血球细胞膜的水份扩散总量约为红血球本身体积的100倍。

        水分子能够快速地通过细胞膜脂双层的原因，至今仍不清楚。但一般认为水分子的体积够小且动能够大

        其它非脂溶性分子，如果其分子很小，便能够藉着和水分子相同的方式通过脂肪双层。但是当这些分子变大时，穿透力便会很快的降低，例如尿素分子的直径虽然只有比水大20﹪，但是对细胞膜的穿透性却低于水的1/1000。即使如此，这样的穿透性仍然能够让尿素分子很快地通过细胞膜。

◎离子不能扩散通过脂肪双层之原因

        细胞膜之脂肪双层对于离子的不穿透性（impenertrability）是由于离子带的电荷所造成的，而电荷阻止离子扩散的原因有两种：

（1）这些离子所带的电荷造成了大量的水分子与之结合，形成了所谓的水合离子（hydrated ion），使得离子的体积大大地增加了，于是便妨碍其通过脂肪双层。

（2）更重要的是，这些离子所带的电荷会与脂肪双层所带的电荷互相作用。

◎通过蛋白质通道的扩散以及该通道的闸门

        许多蛋白质通道（protein channel）提供了蛋白质分子间的空隙所构成的水性通路，因此许多物质可以直接经由这些通道进出细胞膜。然而，由于下列这两种特性使得蛋白质通道变得相当特殊：

1.它们通常是选择性地只容许某些物质通过，

2.许多蛋白质通道都有特定的闸门（gate）来控制其开关。

◎某些蛋白质通道的选择性通透

        大多数（并非全部）的蛋白质通道都具有高度的选择性，只容许某种或某些物质（离子或分子）通过，这是由于该通道本身的特性所造成，例如通道的直径、形状以及通道表面所带的电荷等。举例来说，有一种非常重要的蛋白质通道，即所谓的“钠离子通道”（sodium channel），其大小只有0.3㎜×0.5㎜，但更重要的是其内表面带有极强的负电荷。这些负电荷主要会把钠离子拉向通道，这是因为脱水后的钠离子直径要比其它离子小。钠离子一进入通道后，便依照一般原理进行扩散。因此，钠离子通道只特别容许钠离子通过。

        另外有一种蛋白质通道，则是选择性地容许钾离子通过。这种通道比钠离子通道略小，只有0.3㎜×0.3㎜的大小，但它们不带有负电荷。因此，并没有很强的吸引力可以将任何离子拉向该通道，并且也不能将任何离子从与其水合的水分子上拉走。然而，钾的水合离子比钠的水合离子要小得多，这是因为钠比钾少了一整条轨道的电子层，所以钠的原子核可以吸收较多水分子。因此，体积小的水合钾离子就可以很容易地穿过这个较小的通道，而钠离子则不行，这也是一个具有选择性通透的离子通道。