Welche Moleküle können die Plasmamembran durch einfache Diffusion passieren?

Plasmamembranen sind die Barrieren, die Zellen von ihrer Umgebung trennen. Betrachten Sie sie als die Mauern und Tore, die riesige Fabriken umgeben und streng kontrollieren, was ein- und ausgeht. Aufgrund der Chemie und Fluidität von Phospholipid-Doppelschichten können bestimmte Molekültypen ungehindert passieren, während andere Typen ohne Hilfe der Zelle keine Chance haben. Die erstgenannten Arten von Molekülen nutzen eine Mischung aus Größe, Chemie und Diffusionskräften, um eine scheinbar undurchdringliche Barriere zu durchdringen.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Moleküle diffundieren durch Plasmamembranen von hoher Konzentration zu niedriger Konzentration. Obwohl es polar ist, kann ein Wassermolekül aufgrund seiner geringen Größe durch Membranen rutschen. Fettlösliche Vitamine und Alkohole passieren auch mit Leichtigkeit die Plasmamembranen.

Diffusion ist die Tendenz von Molekülen, sich von einem Bereich hoher Konzentration in einen Bereich niedriger Konzentration zu bewegen. Diese Tendenz entsteht, weil sich Moleküle zufällig durch einen Raum bewegen. Das Konzept des „Ausbreitens“ kann man erkennen, indem man Lebensmittelfarbe in einen Behälter mit Wasser tropft. Schließlich verteilen sich die Farbstoffpartikel gleichmäßig in der Flüssigkeit, anstatt an derselben Stelle zu bleiben. Aufgrund der Unterschiede zwischen dem Zellinneren und der Flüssigkeit außerhalb findet eine natürliche Diffusion in beide Richtungen statt. Das einzige, was ihm im Weg steht, ist die Plasmamembran. Bestimmte Arten von Molekülen können jedoch die Membran direkt passieren – dies ist eine einfache Diffusion und geschieht ohne jeglichen Input von der Zelle.

Gasmoleküle wie zweiatomiger Sauerstoff und Kohlendioxid sind so klein, dass sie durch die Leerräume der Membran passen. Sie sind auch unpolar, was bedeutet, dass sich die Elektronenladung gleichmäßig über die Verbindung verteilt. Als Ergebnis wird das unpolare Innere der Membran sie nicht abstoßen. Der Gasaustausch über die Membran funktioniert perfekt für menschliche Zellen – gelöster Sauerstoff ist für die aerobe Atmung notwendig außerhalb der Zelle konzentrierter, während Kohlendioxid, ein Nebenprodukt des gleichen Prozesses, innerhalb der Zelle stärker konzentriert ist Zelle. Dadurch diffundiert Sauerstoff auf natürliche Weise in die Zelle, während Kohlendioxid nach außen diffundiert.

Obwohl Wasser ein hochpolares Molekül mit einer ungleichmäßigen Elektronenladungsverteilung ist, ist es klein genug, um die Membran direkt zu passieren. Da Wasser durch Zellbarrieren gelangen kann, muss der menschliche Körper die Elektrolytkonzentration extrazellulärer Flüssigkeiten sorgfältig ausgleichen. Wenn die Flüssigkeit zu verdünnt wird, fließt Wasser in die Zellen, wodurch sie möglicherweise anschwellen und platzen. Auf der anderen Seite, wenn die Salzkonzentration außerhalb der Zelle zu hoch ist, fließt Wasser aus der Zelle, was zu einem möglichen Kollaps führt.

Wie ihr Name vermuten lässt, können fettlösliche Vitamine – Vitamin A, D, E und K – direkt durch die hydrophobe (Fett-) Membran passieren. Obwohl sie etwas polar sind, können Alkohole wie Ethanol ähnlich wie Wasser durch einfache Diffusion passieren.