Zawartość
Dyfuzja, w biochemii, odnosi się do jednego z wielu procesów, w których cząsteczki mogą przemieszczać się do i z komórek przez błonę plazmatyczną lub przenikać przez błony wewnątrz komórki, takie jak błona jądrowa lub membrana otaczająca mitochondria.
Pomyśl o dyfuzji jako ruchu „dryfującym”. Chociaż odnosi się do losowego i niekierowanego procesu i takiego, który nie wymaga wkładu energii, przestrzega jednej zasady: Poruszają się cząstki od obszarów o większym stężeniu do obszarów o niższym stężeniu, nawet gdy poszczególne cząsteczki mogą się poruszać we wszystkich kierunkach.
Zrozumienie gradientów chemicznych
Co to znaczy, że coś przechodzi z regionu o wysokiej koncentracji do regionu o niskiej koncentracji? Po pierwsze, należy wiedzieć, co oznacza „koncentracja” w tym oszustwie. Przez większość czasu stężenie odnosi się do liczby cząsteczek na jednostkę objętości (np. Mililitrów lub ml).
Pomyśl o tym, co dzieje się, gdy pijesz sok pomarańczowy z butelki lub kartonu. Możliwe, że postrzegasz napój jako słodki, ponieważ wysokie stężenie cukru w soku przewyższa stężenie płynów w twoim systemie.
Jeśli jednak wymieszasz sok ze zwykłą wodą, aby powstały roztwór zawierał 10 części wody na każdą 1 część soku, odczekaj kilka minut i wypij kolejny łyk, będziesz postrzegał płyn jako rozcieńczony, ponieważ ma on teraz niższe stężenie - w każdym razie mniej skoncentrowane niż płyny ustrojowe.
Ponieważ cząsteczki cukru w soku mają tendencję do mieszania się z cząsteczkami wody, aż stężenie cukru będzie równe w całym roztworze, mówi się, że dyfuzja zachodzi w kierunku równowagi.
Co ważne, równowaga nie oznacza zaprzestania ruchu cząsteczki, ale raczej, że ruch cząsteczek osiągnął punkt prawdziwej losowości, ponieważ wszystkie gradienty stężeń zostały wyeliminowane.
Proces dyfuzji
Podczas gdy niektóre substancje mogą po prostu dyfundować przez błony komórkowe, gdy gradient stężenia sprzyja temu, inne są zbyt duże, aby mogły znajdować się między cząsteczkami fosfolipidów w błonie, lub niosą ładunek elektryczny netto, który przeciwdziała ich ruchowi.
Membrana plazmowa jest zatem a membrana półprzepuszczalna: Małe, nienaładowane cząsteczki, takie jak woda (H2O) i dwutlenek węgla (CO2) mogą po prostu meandrować, podczas gdy inne wymagają pomocy lub nie są w stanie przedostać się przez membranę.
Prosta dyfuzja dokładnie tak to brzmi - ruch cząsteczek przez błonę w dół gradientu stężenia, tak jakby membrany w rzeczywistości nie było. W ułatwione dyfuzja, jednak substancje takie jak jony (naładowane cząstki) przesuwają się w dół gradientu stężenia, ale muszą również przejść przez membranę przez wyspecjalizowane kanały transportu wykonane z białka.
Dyfuzja zwykle zachodzi do momentu osiągnięcia stężenia równowagi. W tym momencie cząsteczki opuszczają region jedynie przez aktywne mechanizmy transportowe zasilane przez ATP lub trifosforan adenozyny - „walutę energetyczną” komórek.
Plusy i minusy rozproszenia
Z drugiej strony proces dyfuzji jest „darmowy” w porównaniu z innymi formami transportu, ponieważ nie wymaga energii. Jest to główny atut, biorąc pod uwagę, że wydajność jest niezwykle pożądana w systemach biologicznych, a energia, podobnie jak w świecie „makro”, ma pierwszeństwo.
Wadą dyfuzji jest to, że w oczywisty sposób niewystarczające jest przesunięcie substancji w górę gradientu stężenia, i nietrudno wyobrazić sobie scenariusz, w którym cząsteczki są potrzebne w komórce pomimo już wyższego stężenia tych substancji w środku niż w na zewnątrz. Częściej takie substancje należy przenosić w poprzek gradient elektrochemiczny.
Jest to inna fizyczna forma oporu, ale ta, którą tylko inwestycja ATP może pokonać. Odbywa się to za pomocą membranowych „pomp”, które nieustannie walczą z prądem gradientu elektrochemicznego, który przeciwstawia się ich pracy.