Diffusjon: Passiv transport og tilrettelagt diffusjon

Diffusjon er molekylers tendens til å spre seg inn i et tilgjengelig rom. Denne tendensen er et resultat av den iboende termiske energien (varme) som finnes i alle molekyler ved temperaturer over absolutt null.

En forenklet måte å forstå dette konseptet på er å forestille seg et overfylt T-banetog i New York City. I rushtiden ønsker de fleste å komme seg til jobb eller hjem så fort som mulig, så mange pakker seg på toget. Noen mennesker står kanskje ikke mer enn en pusts avstand fra hverandre. Når toget stopper på stasjoner, går passasjerene av. De passasjerene som hadde vært tett sammen mot hverandre, begynner å spre seg. Noen finner seter, andre beveger seg lenger unna personen de nettopp hadde stått ved siden av.

Den samme prosessen skjer med molekyler. Uten andre ytre krefter i arbeid vil stoffer bevege seg eller diffundere fra et mer konsentrert miljø til et mindre konsentrert miljø. Det utføres ikke noe arbeid for at dette skal skje. Diffusjon er en spontan prosess. Denne prosessen kalles passiv transport.

Diffusjon og passiv transport

Illustrasjon av passiv diffusjon. Steven Berg

Passiv transport er spredning av stoffer over en membran . Dette er en spontan prosess og cellulær energi blir ikke brukt. Molekyler vil bevege seg fra der stoffet er mer konsentrert til der det er mindre konsentrert.

«Denne tegneserien illustrerer passiv spredning. Den stiplede linjen er ment å indikere en membran som er permeabel for molekylene eller ionene illustrert som røde prikker. Til å begynne med er alle de røde prikkene innenfor membranen. Ettersom tiden går, er det netto diffusjon av de røde prikkene ut av membranen, etter deres konsentrasjonsgradient. Når konsentrasjonen av røde prikker er den samme på innsiden og utsiden av membranen, opphører nettodiffusjonen. Imidlertid diffunderer de røde prikkene fortsatt inn og ut av membranen, men hastigheten på den innover og utover diffusjonen er den samme, noe som resulterer i en netto diffusjon av O.'—Dr. Steven Berg, professor emeritus, cellebiologi, Winona State University.

Selv om prosessen er spontan, påvirkes diffusjonshastigheten av forskjellige stoffer av membranpermeabilitet. Siden cellemembraner er selektivt permeabel (bare noen stoffer kan passere), vil forskjellige molekyler ha ulik diffusjonshastighet.

For eksempel diffunderer vann fritt over membraner, en åpenbar fordel for celler siden vann er avgjørende for mange cellulære prosesser. Noen molekyler må imidlertid hjelpes på tvers av fosfolipid dobbeltlag av cellemembranen gjennom en prosess som kalles forenklet diffusjon.

Tilrettelagt diffusjon

Tilrettelagt diffusjon innebærer bruk av et protein for å lette bevegelsen av molekyler over membranen. I noen tilfeller passerer molekyler gjennom kanaler i proteinet. I andre tilfeller endrer proteinet form, slik at molekyler kan passere gjennom. Mariana Ruiz Villarreal

Tilrettelagt diffusjon er en type passiv transport som lar stoffer krysse membraner ved hjelp av spesielle transportere proteiner . Noen molekyler og ioner som glukose, natriumioner og kloridioner er ikke i stand til å passere gjennom fosfolipid dobbeltlag av cellemembraner . Gjennom bruk av ionekanal proteiner og bærerproteiner som er innebygd i cellemembranen, kan disse stoffene transporteres inn i celle .

Ionekanalproteiner lar spesifikke ioner passere gjennom proteinkanalen. Ionekanalene reguleres av cellen og er enten åpne eller lukkede for å kontrollere passasjen av stoffer inn i cellen. Bærerproteiner binder seg til spesifikke molekyler, endrer form og deponerer deretter molekylene over membranen. Når transaksjonen er fullført, går proteinene tilbake til sin opprinnelige posisjon.

Osmose

Osmose er et spesielt tilfelle av passiv transport. Disse blodcellene har blitt plassert i løsninger med forskjellige konsentrasjoner av oppløste stoffer. Mariana Ruiz Villarreal

Osmose er et spesielt tilfelle av passiv transport. Ved osmose diffunderer vann fra en hypotonisk (lav konsentrasjon) løsning til en hypertonisk (høy oppløst konsentrasjon) løsning. Generelt sett bestemmes vannstrømmens retning av konsentrasjonen av oppløste stoffer og ikke av naturen til selve molekylene.

Ta for eksempel en titt på blodceller som plasseres i saltvannsløsninger med forskjellige konsentrasjoner (hypertonisk, isotonisk og hypotonisk).

• EN hypertonisk konsentrasjon betyr at saltvannsløsningen inneholder en høyere konsentrasjon av oppløst stoff og en lavere konsentrasjon av vann enn blodcellene. Væske vil strømme fra området med lav konsentrasjon av løst stoff (blodcellene) til et område med høy konsentrasjon av løst stoff (vannløsning). Som et resultat vil blodcellene krympe.
• Hvis saltvannsløsningen er isotonisk den ville inneholde samme konsentrasjon av oppløst stoff som blodcellene. Væske vil strømme likt mellom blodcellene og vannløsningen. Som et resultat vil blodcellene forbli i samme størrelse.
• Det motsatte av hypertonisk, en hypotonisk løsning betyr at saltvannsløsningen inneholder en lavere konsentrasjon av oppløst stoff og en høyere konsentrasjon av vann enn blodcellene. Væske vil strømme fra området med lav konsentrasjon av løst stoff (vannløsning) til et område med høy konsentrasjon av løst stoff (blodcellene). Som et resultat vil blodcellene hovne opp og kan til og med sprekke.