氢离子为什么不能通过渗透作用进入细胞？

水的运输更多是通过水通道蛋白，而不是渗透作用。

至于为什么水通道蛋白aquaporin只允许水分子通过而不允许质子通过，从而维持正常的电化学梯度和质子梯度，有学者通过分子动力学模拟MD (Molecular Dynamics) Simulation阐明了其机制。他们利用大肠杆菌中的水-甘油通道蛋白GlpF晶体结构，做了12ns（当时已经不错）的MD Simulation，确定了通道中7-9个水分子链的时空分布和朝向。质子在水中的传递必须是在固定朝向的极性水分子链中跳转传递，而通道中两个保守的天冬酰胺(Asn68，Asn203)与通道中央的水分子形成氢键，使得这个水分子“横过来”，打断了连续的水链，从而阻止了质子的传递。水分子的通过并未受影响，约10^9 每秒，接近自由扩散的速率。作者还做了一系列模拟和实验来证明其观点，有兴趣可以读一下。这项研究展示了MD Simulation的强大力量，成为MD Simulation的经典案例之一，因为晶体结构一般无法获得小于1埃的分子信息，更看不到质子，即使拿到晶体结构也很难解释aquaporin对proton的排斥。

Emad Tajkhorshid, Peter Nollert, Morten Ø. Jensen, Larry J. W. Miercke,
Joseph O'Connell, Robert M. Stroud, and Klaus Schulten. Control of the
selectivity of the aquaporin water channel family by global orientational
tuning. Science, 296:525-530, 2002. 

PS：欢迎加入结构生物学的研究队伍~

1、溶解-扩散模型
　　Lonsdale等人提出解释反渗透现象的溶解-扩散模型。反渗透脱盐他将反渗透的活性表面皮层看作为致密无
孔的膜，并假设溶质和溶剂都能溶于均质的非多孔膜表面层内，各自在浓度或压力造成的化学势推
动下扩散通过膜。溶解度的差异及溶质和溶剂在膜相中扩散性的差异影响着他们通过膜的能量大小
。其具体过程分为：第一步，溶质和溶剂在膜的料液侧表面外吸附和溶解；第二步，溶质和溶剂之
间没有相互作用，他们在各自化学位差的推动下以分子扩散方式通过反渗透膜的活性层；第三步，
溶质和溶剂在膜的透过液侧表面解吸。
　　在以上溶质和溶剂透过膜的过程中，反渗透脱盐一般假设第一步、第三步进行的很快，此时透过速率取决
于第二步，即溶质和溶剂在化学位差的推动下以分子扩散方式通过膜。由于
　　膜的选择性，使气体混合物或液体混合物得以分离。而物质的渗透能力，不仅取决于扩散系数
，并且决定于其在膜中的溶解度。
　　
2、 优先吸附—毛细孔流理论
　　当液体中溶有不同种类物质时反渗透脱盐，其表面张力将发生不同的变化。例如水中溶有醇、酸、醛、脂
等有机物质，可使其表面张力减小，但溶入某些无机盐类，反而使其表面张力稍有增加，这是因为
溶质的分散是不均匀的，即溶质在溶液表面层中的浓度和溶液内部浓度不同，这就是溶液的表面吸
附现象。当水溶液与高分子多孔膜接触时，若膜的化学性质使膜对溶质负吸附，对水是优先的正吸
附，则在膜与溶液界面上将形成一层被膜吸附的一定厚度的纯水层。它在外压作用下，将通过膜表
面的毛细孔，从而可获取纯水。
　　
3、 氢键理论
　　在醋酸纤维素中，由于氢键和范德华力的作用，反渗透脱盐膜中存在晶相区域和非晶相区域两部分。大分
子之间存在牢固结合并平行排列的为晶相区域，而大分子之间完全无序的为非晶相区域，水和溶质
不能进入晶相区域。在接近醋酸纤维素分子的地方，水与醋酸纤维素羰基上的氧原子会形成氢键并
构成所谓的结合水。当醋酸纤维素吸附了第一层水分子后，会引起水分子熵值的极大下降，形成类
似于冰的结构。在非晶相区域较大的孔空间里，结合水的占有率很低，在孔的中央存在普通结构的
水，不能与醋酸纤维素膜形成氢键的离子或分子则进入结合水，并以有序扩散方式迁移，通过不断
的改变和醋酸纤维素形成氢键的位置来通过膜