Pohoda buňky závisí na její schopnosti řídit průchod molekul přes buněčnou membránu. Některé molekuly mohou difundovat buněčnou membránou bez jakékoli pomoci buňky. Jiné vyžadují pohyb transmembránových proteinů do buňky nebo z buňky. Tři primární faktory určují, zda bude molekula difundovat přes buněčnou membránu: koncentrace, náboj a velikost.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Buněčná membrána je bariérou mezi vnitřkem buňky a vnějším světem. Schopnost molekuly cestovat přes membránu závisí na její koncentraci, náboji a velikosti. Obecně molekuly difundují přes membrány z oblastí s vysokou koncentrací do nízké koncentrace. Buněčné membrány zabraňují vstupu nabitých molekul do buňky, pokud si buňka neuchovává elektrický potenciál. Malé molekuly však mohou být schopné proklouznout membránou bez ohledu na jejich náboj.
Buněčná membrána
Buněčná membrána obsahuje dvě vrstvy fosfolipidů. Každá molekula fosfolipidu má hydrofilní fosfátovou hlavu a dva hydrofobní lipidové konce. Hlavy se seřadí podél vnitřního a vnějšího povrchu buněčné membrány, zatímco ocasy vyplňují střední prostor. Různé typy transmembránových proteinů poskytují usnadněnou difúzi nebo aktivní transport molekul, které nemohou pasivně difundovat buněčnou membránou. Primární aktivní transport vyžaduje, aby buňka vynakládala energii na pohyb molekul buněčnou membránou. Difúze k tomu nevyžaduje žádnou energii z buňky.
Koncentrace a difúze
K difúzi dochází, protože molekuly se rádi šíří z oblastí s vysokou koncentrací do oblastí s nižší koncentrací. Elektrochemická a kinetická energie jak difúze energie. Primárním determinantem toho, zda bude molekula difundovat přes buněčnou membránu, je koncentrace molekuly na každé straně buněčné membrány. Například extracelulární koncentrace kyslíku je vyšší než intracelulární koncentrace, a proto kyslík difunduje do buňky. Oxid uhličitý difunduje z podobných důvodů.
Nabíjení a polarita
Ion je atom nebo molekula, která má přímý náboj v důsledku nerovnováhy mezi počtem protonů a elektronů. Polarita je nerovnoměrné rozložení náboje v molekule s některými částečně pozitivními a negativními oblastmi. Nabité a polarizované molekuly se rozpouštějí ve vodě, zatímco nenabité molekuly se rozpouštějí v lipidech. Lipidové ocasy v buněčné membráně zabraňují difúzi nabitých a polarizovaných molekul přes buněčnou membránu. Některé buňky však aktivně udržují elektrický potenciál na obou stranách buněčné membrány, který může přitahovat nebo odpuzovat ionty a polarizované molekuly.
Velikost molekuly
Některé polarizované molekuly jsou dostatečně malé, aby proklouzly kolem lipidových ocasů. Například voda je polarizovaná molekula, ale její malá velikost jí umožňuje volně difundovat přes buněčnou membránu. To platí také pro oxid uhličitý, vedlejší produkt buněčného metabolismu. Molekuly kyslíku nemají polaritu a jsou také dostatečně malé, aby snadno difundovaly do buňky. Molekuly cukru, které obsahují pět nebo více atomů uhlíku, jsou polární a příliš velké na to, aby difundovaly buněčnou membránou, a musí cestovat přes transmembránové proteiny.