Dyfuzja: Pasywny transport i ułatwiona dyfuzja

Dyfuzja to tendencja cząsteczek do rozprzestrzeniania się w dostępnej przestrzeni. Ta tendencja jest wynikiem wewnętrznej energii cieplnej (ciepła) znajdującej się we wszystkich cząsteczkach w temperaturach powyżej zera absolutnego.

Uproszczonym sposobem zrozumienia tej koncepcji jest wyobrażenie sobie zatłoczonego pociągu metra w Nowym Jorku. W godzinach szczytu większość chce jak najszybciej dostać się do pracy lub domu, więc wiele osób pakuje się do pociągu. Niektórzy ludzie mogą stać nie dalej niż na odległość oddechu od siebie. Gdy pociąg zatrzymuje się na stacjach, pasażerowie wysiadają. Ci pasażerowie, którzy byli stłoczeni obok siebie, zaczynają się rozchodzić. Niektórzy znajdują miejsca, inni oddalają się od osoby, obok której właśnie stali.

Ten sam proces dzieje się z cząsteczkami. Bez działania innych sił zewnętrznych substancje będą się przemieszczać lub dyfundować z bardziej skoncentrowanego środowiska do mniej skoncentrowanego środowiska. Nie wykonuje się żadnej pracy, aby tak się stało. Dyfuzja jest procesem spontanicznym. Ten proces nazywa się transportem pasywnym.

Dyfuzja i transport pasywny

Ilustracja dyfuzji biernej. Steven Berg

Transport pasywny to dyfuzja substancji przez membrana . Jest to proces spontaniczny i energia komórkowa nie jest zużywana. Cząsteczki przemieszczą się z miejsca, w którym substancja jest bardziej skoncentrowana, do miejsca, w którym jest mniej skoncentrowana.

„Ten rysunek ilustruje pasywną dyfuzję. Linia przerywana ma wskazać błonę, która jest przepuszczalna dla cząsteczek lub jonów przedstawionych jako czerwone kropki. Początkowo wszystkie czerwone kropki znajdują się w błonie. W miarę upływu czasu następuje dyfuzja netto czerwonych kropek z membrany, zgodnie z ich gradientem stężenia. Kiedy koncentracja czerwonych kropek jest taka sama wewnątrz i na zewnątrz membrany, dyfuzja netto ustaje. Jednak czerwone kropki nadal dyfundują do i z błony, ale szybkości dyfuzji do wewnątrz i na zewnątrz są takie same, co skutkuje dyfuzją netto O.'-Dr. Steven Berg, emerytowany profesor biologii komórkowej, Winona State University.

Chociaż proces jest spontaniczny, na szybkość dyfuzji różnych substancji ma wpływ przepuszczalność błony. Odkąd błony komórkowe są selektywnie przepuszczalna (tylko niektóre substancje mogą przejść), różne cząsteczki będą miały różne szybkości dyfuzji.

Na przykład woda swobodnie dyfunduje przez membrany, co jest oczywistą korzyścią dla komórki ponieważ woda ma kluczowe znaczenie dla wielu procesów komórkowych. Niektórym cząsteczkom należy jednak pomóc w całym fosfolipid dwuwarstwa błony komórkowej w procesie zwanym ułatwioną dyfuzją.

Ułatwiona dyfuzja

Ułatwiona dyfuzja polega na użyciu białka w celu ułatwienia ruchu cząsteczek przez błonę. W niektórych przypadkach cząsteczki przechodzą przez kanały w białku. W innych przypadkach białko zmienia kształt, umożliwiając przechodzenie cząsteczek. Mariana Ruiz Villarreal

Ułatwiona dyfuzja to rodzaj transportu pasywnego, który umożliwia substancjom przenikanie przez błony za pomocą specjalnych białka transportowe . Niektóre cząsteczki i jony, takie jak glukoza, jony sodu i jony chlorkowe, nie są w stanie przejść przez fosfolipid dwuwarstwowa z błony komórkowe . Poprzez wykorzystanie kanału jonowego białka i białka nośnikowe, które są osadzone w błonie komórkowej,​ substancje te mogą być transportowane do komórka .

Białka kanału jonowego umożliwiają przechodzenie określonych jonów przez kanał białkowy. Kanały jonowe są regulowane przez komórkę i są albo otwarte, albo zamknięte, aby kontrolować przechodzenie substancji do komórki. Białka nośnikowe wiążą się z określonymi cząsteczkami, zmieniają kształt, a następnie osadzają cząsteczki na błonie. Po zakończeniu transakcji białka powracają do swojej pierwotnej pozycji.

Osmoza

Osmoza to szczególny przypadek transportu pasywnego. Te krwinki zostały umieszczone w roztworach o różnych stężeniach substancji rozpuszczonych. Mariana Ruiz Villarreal

Osmoza to szczególny przypadek transportu pasywnego. W osmozie woda dyfunduje z roztworu hipotonicznego (o niskim stężeniu substancji rozpuszczonej) do hipertoniczny (wysokie stężenie substancji rozpuszczonej). Ogólnie rzecz biorąc, kierunek przepływu wody zależy od stężenia substancji rozpuszczonej, a nie od charakteru samych cząsteczek substancji rozpuszczonej.

Na przykład spójrz na krwinki które są umieszczane w roztworach słonej wody o różnych stężeniach (hipertoniczne, izotoniczne i hipotoniczne).

• A hipertoniczny stężenie oznacza, że ​​roztwór słonej wody zawiera wyższe stężenie substancji rozpuszczonej i niższe stężenie wody niż komórki krwi. Płyn przepływałby z obszaru o niskim stężeniu substancji rozpuszczonej (komórki krwi) do obszaru o wysokim stężeniu substancji rozpuszczonej (roztwór wodny). W rezultacie komórki krwi się skurczą.
• Jeśli roztwór słonej wody jest izotoniczny zawierałby takie samo stężenie substancji rozpuszczonej jak komórki krwi. Płyn przepływałby równo między krwinkami a roztworem wodnym. W rezultacie komórki krwi pozostaną tego samego rozmiaru.
• Przeciwieństwo hipertonicznego, a hipotoniczny roztwór oznacza, że ​​roztwór słonej wody zawiera mniejsze stężenie substancji rozpuszczonej i wyższe stężenie wody niż komórki krwi. Płyn przepływałby z obszaru o niskim stężeniu substancji rozpuszczonej (roztwór wodny) do obszaru o wysokim stężeniu substancji rozpuszczonej (komórki krwi). W rezultacie komórki krwi pęcznieją, a nawet mogą pękać.