Διάχυση, σε βιοχημεία, αναφέρεται σε μία από τις πολλές διαδικασίες με τις οποίες τα μόρια μπορούν να μετακινηθούν μέσα και έξω από τα κύτταρα μέσω του πλάσματος μεμβράνη ή εγκάρσιες μεμβράνες εντός του κυττάρου, όπως η πυρηνική μεμβράνη ή η μεμβράνη που περικλείει μιτοχόνδρια.
Σκεφτείτε τη διάχυση ως «παρασυρόμενη» κίνηση. Ενώ αναφέρεται σε μια τυχαία και χωρίς καθοδήγηση διαδικασία, και μια που δεν απαιτεί είσοδο ενέργειας, ακολουθεί έναν κανόνα: Τα σωματίδια κινούνται από περιοχές υψηλότερης συγκέντρωσης έως περιοχές χαμηλότερης συγκέντρωσης, ακόμη και όταν τα μεμονωμένα μόρια είναι ελεύθερα να κινούνται προς όλες τις κατευθύνσεις.
Κατανόηση των Χημικών Διαβαθμίσεων
Τι σημαίνει να μετακινηθεί κάτι από μια περιοχή υψηλής συγκέντρωσης σε μία χαμηλή συγκέντρωση; Πρώτον, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τι σημαίνει «συγκέντρωση» σε αυτό το πλαίσιο. Τις περισσότερες φορές, η συγκέντρωση αναφέρεται στον αριθμό των μορίων ανά μονάδα όγκου (π.χ. χιλιοστόλιτρα ή ml).
Σκεφτείτε τι συμβαίνει όταν παίρνετε ένα ποτό χυμό πορτοκαλιού από το μπουκάλι ή το κουτί. Οι πιθανότητες είναι ότι αντιλαμβάνεστε το ποτό ως γλυκό, επειδή η υψηλή συγκέντρωση ζάχαρης στο χυμό υπερβαίνει εκείνη των υγρών στο σύστημά σας.
Ωστόσο, εάν αναμίξετε το χυμό με απλό νερό, έτσι ώστε το προκύπτον διάλυμα να περιέχει 10 μέρη νερού για κάθε 1 μέρος χυμό, περιμένετε λίγα λεπτά και πάρτε μια άλλη γουλιά, θα αντιληφθείτε το υγρό ως αραιό, γιατί τώρα είναι σε χαμηλότερη συγκέντρωση - λιγότερο συμπυκνωμένο, σε κάθε περίπτωση, από το σώμα σας υγρά.
Επειδή τα μόρια του σακχάρου στο χυμό τείνουν να αναμιγνύονται με τα μόρια του νερού μέχρι τη συγκέντρωση ζάχαρης είναι ίση σε όλο το διάλυμα, λέγεται ότι η διάχυση συμβαίνει προς την κατεύθυνση του ισορροπία.
Είναι σημαντικό ότι η ισορροπία δεν σημαίνει διακοπή της κίνησης των μορίων, αλλά μάλλον ότι η κίνηση των μορίων έχει φτάσει σε ένα σημείο πραγματικής τυχαιότητας, επειδή όλα κλίσεις συγκέντρωσης έχουν εξαλειφθεί.
Η διαδικασία της διάχυσης
Ενώ ορισμένες ουσίες μπορούν απλώς να διαχέονται κυτταρικές μεμβράνες Όταν η κλίση συγκέντρωσης ευνοεί αυτό, άλλοι είναι πολύ μεγάλοι για να το κάνουν μεταξύ των μορίων φωσφολιπιδίων στη μεμβράνη ή φέρουν καθαρό ηλεκτρικό φορτίο που αντιτίθεται στην κίνησή τους.
Η μεμβράνη του πλάσματος είναι έτσι ένα ημιπερατή μεμβράνη: Μικρά, μη φορτισμένα μόρια όπως το νερό (H2O) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) μπορούν απλά να περάσουν, ενώ άλλα χρειάζονται βοήθεια ή δεν μπορούν να διασχίσουν την μεμβράνη εντελώς.
Απλή διάχυση είναι ακριβώς αυτό που ακούγεται - η κίνηση μορίων διαμέσου μιας μεμβράνης προς τα κάτω σε μια κλίση συγκέντρωσης σαν η μεμβράνη, στην πραγματικότητα, να μην υπάρχει εκεί. Σε διευκολύνεταιδιάχυση, ωστόσο, ουσίες όπως ιόντα (φορτισμένα σωματίδια) μετακινούνται σε μια κλίση συγκέντρωσης, αλλά πρέπει επίσης να διασχίζουν τη μεμβράνη μέσω εξειδικευμένων κανάλια μεταφοράς φτιαγμένο από πρωτεΐνη.
Η διάχυση τείνει να προχωρήσει έως ότου επιτευχθεί συγκέντρωση ισορροπίας. Σε αυτό το σημείο, τα μόρια τείνουν να εγκαταλείπουν την περιοχή μόνο μέχρι ενεργή μεταφορά μηχανισμοί που τροφοδοτούνται από ATP, ή τριφωσφορική αδενοσίνη - το "ενεργειακό νόμισμα" των κυττάρων.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της διάχυσης
Από τη θετική πλευρά, η διαδικασία διάχυσης είναι «ελεύθερη» σε σύγκριση με άλλες μορφές μεταφοράς, καθώς δεν απαιτεί ενέργεια. Αυτό είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα δεδομένου ότι η αποδοτικότητα είναι τεράστια επιθυμητή στα βιολογικά συστήματα και την ενέργεια, όπως ακριβώς και στον «μακρο» κόσμο, είναι εξαιρετική.
Η κατώτερη πλευρά της διάχυσης είναι ότι είναι προφανώς ανεπαρκές να ανεβάσει τις ουσίες σε μια κλίση συγκέντρωσης και δεν είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς ένα σενάριο στο οποίο τα μόρια χρειάζονται μέσα σε ένα κύτταρο παρά μια ήδη υψηλότερη συγκέντρωση αυτών των ουσιών στο εσωτερικό από ό, τι στο εξω απο. Πιο συχνά, τέτοιες ουσίες πρέπει να μετακινούνται σε ένα ηλεκτροχημική κλίση.
Αυτή είναι μια διαφορετική φυσική μορφή αντίστασης, αλλά είναι μία που μόνο μια επένδυση ATP μπορεί να ξεπεράσει. Αυτό γίνεται χρησιμοποιώντας μεμβράνες "αντλίες" που καταπολεμούν συνεχώς την παλίρροια της ηλεκτροχημικής κλίσης που αντιτίθεται στη δουλειά τους.