Raku heaolu sõltub selle võimest kontrollida molekulide liikumist läbi rakumembraani. Mõned molekulid võivad hajuda läbi rakumembraani ilma raku abita. Teised vajavad rakku sisse või välja liikumiseks transmembraansete valkude abi. Kolm peamist tegurit määravad, kas molekul difundeerub rakumembraanis: kontsentratsioon, laeng ja suurus.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Rakumembraan on barjäär raku sisemuse ja välismaailma vahel. Molekuli võime liikuda üle membraani sõltub selle kontsentratsioonist, laengust ja suurusest. Üldiselt difundeeruvad molekulid membraanides kõrge kontsentratsiooniga piirkondadest madala kontsentratsioonini. Rakumembraanid takistavad laetud molekulide sisenemist rakku, kui rakul pole elektrilist potentsiaali. Väikesed molekulid võivad aga membraanist läbi libiseda, olenemata nende laengust.
Rakumembraan
Rakumembraan sisaldab kahte kihti fosfolipiide. Igal fosfolipiidmolekulil on hüdrofiilne fosfaatpea ja kaks hüdrofoobset lipiidisaba. Pead asuvad järjest mööda rakumembraani sise- ja välispinda, samal ajal kui sabad täidavad keskmist ruumi. Erinevad transmembraansed valgud pakuvad hõlbustatud difusiooni või aktiivset transporti molekulidele, mis ei suuda rakumembraani kaudu passiivselt difundeerida. Esmane aktiivne transport nõuab rakult energiat, et molekulid rakumembraanis liikuda. Difusioon ei vaja selleks rakult energiat.
Kontsentratsioon ja difusioon
Difusioon toimub seetõttu, et molekulidele meeldib levida kõrge kontsentratsiooniga piirkondadest madalama kontsentratsiooniga piirkondadesse. Elektrokeemiline ja kineetiline energia on nii võimsuse difusioon. Peamine determinant, kas molekul difundeerub üle rakumembraani, on molekuli kontsentratsioon rakumembraani mõlemal küljel. Näiteks on rakuväline hapniku kontsentratsioon rakusisese kontsentratsioonist kõrgem, mistõttu hapnik difundeerub rakus. Süsinikdioksiid difundeerub sarnastel põhjustel.
Laeng ja polaarsus
Ioon on aatom või molekul, millel on otsene laeng prootonite ja elektronide arvu tasakaalustamatuse tõttu. Polaarsus on laengu ebaühtlane jaotumine molekulis, osaliselt positiivsete ja negatiivsete piirkondadega. Laetud ja polariseeritud molekulid lahustuvad vees, samas kui laadimata molekulid lahustuvad lipiidides. Rakumembraanis olevad lipiidisabad takistavad laetud ja polariseeritud molekulide difundeerumist läbi rakumembraani. Kuid mõned rakud hoiavad rakumembraani mõlemal küljel aktiivselt elektrilist potentsiaali, mis võib ioone ja polariseeritud molekule meelitada või tõrjuda.
Molekuli suurus
Mõned polariseeritud molekulid on piisavalt väikesed, et lipiidisabadest mööda libiseda. Näiteks on vesi polariseeritud molekul, kuid selle väike suurus võimaldab tal rakumembraanis vabalt hajuda. See kehtib ka raku ainevahetuse kõrvalprodukti süsinikdioksiidi kohta. Hapniku molekulidel pole polaarsust ja nad on ka piisavalt väikesed, et rakus hõlpsasti difundeeruda. Suhkrumolekulid, mis sisaldavad viit või enamat süsinikuaatomit, on nii polaarsed kui ka liiga suured, et difundeeruda läbi rakumembraani ja peavad liikuma läbi membraanide valkude.
