En celles velbefindende afhænger af dens evne til at kontrollere passage af molekyler gennem cellemembranen. Nogle molekyler kan diffundere gennem cellemembranen uden hjælp fra cellen. Andre har brug for hjælp fra transmembrane proteiner til at bevæge sig ind i eller ud af cellen. Tre primære faktorer bestemmer, om et molekyle vil diffundere over en cellemembran: koncentration, ladning og størrelse.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Cellemembranen er en barriere mellem det indre af cellen og omverdenen. Evnen hos et molekyle til at bevæge sig over en membran afhænger af dets koncentration, ladning og størrelse. Generelt diffunderer molekyler på tværs af membraner fra områder med høj koncentration til lav koncentration. Cellemembraner forhindrer ladede molekyler i at komme ind i cellen, medmindre cellen opretholder et elektrisk potentiale. Dog kan små molekyler muligvis glide gennem membranen uanset deres ladning.
Cellemembranen
En cellemembran indeholder to lag phospholipider. Hvert phospholipidmolekyle har et hydrofilt phosphathoved og to hydrofobe lipidhaler. Hovedene stilles op langs de indre og ydre overflader af cellemembranen, mens halerne fylder det midterste rum. Forskellige typer transmembrane proteiner giver lettere diffusion eller aktiv transport af molekyler, der ikke passivt kan diffundere gennem cellemembranen. Primær aktiv transport kræver, at cellen bruger energi til at flytte molekyler gennem cellemembranen. Diffusion kræver ingen energi fra cellen for at gøre det.
Koncentration og diffusion
Diffusion opstår, fordi molekyler gerne spreder sig fra områder med høj koncentration til områder med lavere koncentration. Elektrokemisk og kinetisk energi er både kraftdiffusion. Den primære determinant for, om et molekyle vil diffundere over en cellemembran, er koncentrationen af molekylet på hver side af cellemembranen. For eksempel er den ekstracellulære iltkoncentration højere end den intracellulære koncentration, hvorfor ilt diffunderer ind i cellen. Kuldioxid diffunderer ud af lignende årsager.
Opladning og polaritet
En ion er et atom eller molekyle, der har en direkte ladning på grund af en ubalance mellem antallet af protoner og elektroner. Polaritet er en ujævn fordeling af ladning over et molekyle med nogle delvist positive og negative regioner. Opladede og polariserede molekyler opløses i vand, mens uladede molekyler opløses i lipider. Lipidhalerne i cellemembranen forhindrer ladede og polariserede molekyler i at diffundere gennem cellemembranen. Imidlertid opretholder nogle celler aktivt et elektrisk potentiale på hver side af cellemembranen, der kan tiltrække eller frastøde ioner og polariserede molekyler.
Molekyle størrelse
Nogle polariserede molekyler er små nok til at glide forbi lipidhalerne. For eksempel er vand et polariseret molekyle, men dets lille størrelse tillader det at diffundere frit over cellemembranen. Dette gælder også for kuldioxid, biproduktet af cellulær metabolisme. Oxygenmolekyler har ingen polaritet og er også små nok til let at diffundere ind i cellen. Sukkermolekyler, som indeholder fem eller flere kulstofatomer, er både polære og for store til at diffundere gennem cellemembranen og skal bevæge sig gennem transmembranproteiner.
