Erleichterte Diffusion: Definition, Beispiel & Faktoren

Bei der Ausübung von Funktionen wie Wachstum, Teilung und Synthese verwenden und produzieren Zellen Substanzen, die in der Lage sein müssen, Zell- und Organellenmembranen zu durchqueren.

Semipermeable Zellmembranen ermöglichen es einigen Molekülen, über einen Konzentrationsgradient von der hochkonzentrierten Seite der Membran auf die niedrigkonzentrierte Seite durch einfache Diffusion.

Erleichterte Diffusion lässt andere wichtige Moleküle selektiv kreuzen, indem es Proteine ​​verwendet, die in die Zellmembran eingebettet sind, um bestimmte Substanzen kreuzen zu lassen.

Das Membranproteine der erleichterten Diffusion bilden entweder Öffnungen in der Membran und kontrollieren, was passieren kann, oder sie tragen aktiv bestimmte Moleküle durch die Membran. Dieser Vorgang ist besonders wichtig für die Steuerung des Ionenflusses, da viele Zellfunktionen von der Anwesenheit bestimmter Ionen abhängen, um eine chemische Reaktion ablaufen zu lassen.

Neben Ionen können die Trägerproteine ​​auch die Passage von großen Molekülen wie Glukose erleichtern.

Substanzen, die die Zelle produziert oder benötigt, können auf verschiedene Weise durch Zell- und Organellenmembranen transportiert werden. Passiver Transport benötigt keine Energiezufuhr und nutzt den Konzentrationsgradienten, um die Bewegung von Molekülen anzutreiben.

In dem einfach Diffusionsart des passiven Transports, die Diffusion erfolgt über eine semipermeable Membran von der Seite mit der höheren Konzentration der transportierten Substanz zur Seite mit der niedrigeren Konzentration. Die Substanz passiert die Membran entlang des Konzentrationsgradienten, aber einige Moleküle werden blockiert.

Wenn blockierte Moleküle die Membran passieren müssen, weil sie auf der anderen Seite benötigt werden, kann eine erleichterte Diffusion bestimmte Moleküle transportieren.

Die Diffusionsmethode funktioniert durch membraneingebettete Proteine, beruht jedoch immer noch auf dem Konzentrationsgradienten, um die molekulare Bewegung durch die Membran zu fördern. Es benötigt keine Energie, aber die Proteine ​​können selektiv sein, welche Moleküle sie transportieren.

Manchmal müssen Moleküle von einer Seite mit niedriger Konzentration zu einer Seite mit hoher Konzentration über Membranen transportiert werden. Dies geht gegen den Konzentrationsgradienten und erfordert Energie.

Zellen, die ausführen aktiven Transport Energie produziert und gespeichert haben Adenosintriphosphat (ATP) Moleküle.

Aktiven Transport basiert auf Proteinen, die denen ähnlich sind, die für die erleichterte Diffusion verwendet werden, aber sie verwenden die Energie von ATP, um Moleküle gegen den Konzentrationsgradienten durch die Membran zu transportieren.

Nachdem sie mit dem zu transportierenden Molekül eine Bindung eingegangen sind, verwenden sie a Phosphatgruppe von ATP, um die Form zu ändern und das Molekül auf der anderen Seite der Membran abzulagern.

Zellmembranen können viele kleine Moleküle passieren lassen, aber geladene Ionen und größere Moleküle werden im Allgemeinen blockiert. Die erleichterte Diffusion ist eine Methode, mit der solche Substanzen in die Zellen eindringen und diese verlassen können. In die Membran eingebettete Trägerproteine ​​können den Ionendurchtritt auf zwei Arten erleichtern.

Einige Proteine ​​sind um einen zentralen Durchgang angeordnet und erzeugen ein Loch in der Plasmamembran der Zelle, das einen Weg durch die Fettsäuren des Membraninneren. Bestimmte Ionen können durch solche Öffnungen passieren, aber die Trägerproteine ​​sind so konzipiert, dass sie nur eine Art von Ionen passieren lassen.

Andere Proteine ​​bilden keine Öffnungen, sondern transportieren große Moleküle durch die Zellmembranen. Der Transfer wird immer noch durch einen Konzentrationsgradienten angetrieben, aber die Trägerproteine ​​binden aktiv an die Substanz, die sie transportieren.

Der außerhalb der Zellmembran im Extrazellulärraum befindliche Teil des Proteins bindet an das Molekül des zu transportierenden Stoffes und gibt es dann ins Zellinnere ab.

Normalerweise die hydrophob unpolare Fettsäuren der Membranen blockieren den Durchgang geladener polarer Moleküle wie Natriumionen. Die Trägerproteine, die Öffnungen für solche Ionen bereitstellen, ziehen die Ionen an und erleichtern ihren Durchgang durch Ionenkanäle.

Sie dürfen nur für Natriumionen, aber nicht für andere wie Kaliumionen ausgelegt sein und diese durchlassen. Die Öffnungen des Trägerproteins können auch den Ionenfluss steuern und sich schließen, wenn die Zelle keine weiteren Ionen benötigt.

Für den Transport von Glucosemolekülen, die normalerweise zu groß sind, um die Membran zu passieren, Glukosetransporterproteine haben eine Stelle, an der sie an die Glucosemoleküle binden können. Sie lagern sich an und erleichtern den Transport von Glukose durch die Zellmembran. Die Position eines Trägerproteins wird zu einer durchlässigen Lücke in der Membran, die es dem Glukosemolekül nicht erlaubt, an anderer Stelle zu passieren.

Zellen in vielzelligen Organismen müssen ihre Aktivitäten koordinieren, beispielsweise wann sie wachsen und wann sie sich teilen. Die Zellen erreichen diese Koordination, indem sie signalisieren, an welcher Art von Aktivität sie beteiligt sind und was benötigt wird, indem sie Signalchemikalien freisetzen. Erleichterte Diffusion hilft bei der Zellsignalisierung.

Signale können lokal oder weitreichend sein und Zellen in unmittelbarer Nachbarschaft oder Zellen in anderen Organen und Geweben betreffen. In jedem Fall wandern Signalmoleküle zwischen den Zellen und müssen entweder in Zielzellen eindringen oder sich an ihre Membran heften, um ihr Signal zu übertragen.

Erleichterte Diffusionsproteine ​​können es diesen Signalmolekülen ermöglichen, bei Bedarf in Zellen einzudringen und die Kommunikationsschleife zu schließen.

Weil erleichterte Diffusion a passiver Transportmechanismus, es wird durch Faktoren in der unmittelbaren Umgebung bestimmt, in der der Transport stattfindet.

Es gibt vier solcher Faktoren:

• Konzentration: Die erleichterte Diffusion beruht auf der potentiellen Energie, die durch den Konzentrationsgradienten repräsentiert wird. Ein größerer Unterschied zwischen der Seite hoher und niedriger Konzentration bedeutet einen höheren Gradienten und eine schnellere Diffusion.
• Trägerproteinkapazität: Die Bindungsgeschwindigkeit zwischen der zu übertragenden Substanz und dem Protein beeinflusst zusammen mit der Übertragungsgeschwindigkeit die Diffusionsgeschwindigkeit.
• Anzahl der Trägerproteinstellen: Mehr Standorte bedeuten eine höhere Diffusionskapazität und eine schnellere Diffusion.
• Temperatur: Chemische Reaktionen sind temperaturabhängig und eine höhere Temperatur bedeutet einen schnelleren Reaktionsverlauf und eine schnellere Diffusion.

Während Zellen die Anzahl der Trägerproteinstellen kontrollieren können, ist die Trägerproteinkapazität festgelegt, und die Zelle hat eine begrenzte Fähigkeit, die Prozesstemperatur und die Stoffkonzentration außerhalb des Zelle. Die Fähigkeit, die Aktivität der Trägerproteinstelle zu schließen, wird für die Kontrolle von Zellprozessen wichtig.

Die einfache Diffusion deckt den Bedarf der Zellen an kleinen unpolaren Molekülen, aber andere wichtige Substanzen können die Membranen nicht leicht passieren. Polare Moleküle und größere Moleküle können nicht durch die semipermeablen Plasmamembranen von Zellen und Organellen diffundieren, weil die innere Schicht aus Lipiden und Fettsäuren sie blockiert.

Durch die erleichterte Diffusion können Substanzen mit polaren oder großen Molekülen kontrolliert in die Zellen ein- und austreten.

Glukose und Aminosäuren, zum Beispiel, sind große Moleküle, die eine Schlüsselrolle bei Zellfunktionen spielen. Glukose ist ein wichtiger Nährstoff, und Aminosäuren werden für viele Zellprozesse, einschließlich der Zellteilung, verwendet.

Damit diese Prozesse ablaufen, ermöglicht eine erleichterte Diffusion den Molekülen, Zellmembranen und Membranen von Organellen wie dem Zellkern zu passieren.

Auch kleinere Moleküle wie Sauerstoff können von einer erleichterten Diffusion profitieren. Obwohl Sauerstoff durch Membranen diffundieren kann, erhöht die erleichterte Diffusion durch Trägerproteine ​​die Transferrate und hilft bei den Funktionen von Blutzellen und Muskeln.

Insgesamt spielen diese in Membranen eingebetteten Proteine ​​eine entscheidende Rolle bei einer Vielzahl von Zellprozessen.

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