Le bien-être d'une cellule dépend de sa capacité à contrôler le passage des molécules à travers la membrane cellulaire. Certaines molécules peuvent diffuser à travers la membrane cellulaire sans aucune aide de la cellule. D'autres nécessitent l'aide de protéines transmembranaires pour entrer ou sortir de la cellule. Trois facteurs principaux déterminent si une molécule diffusera à travers une membrane cellulaire: la concentration, la charge et la taille.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
La membrane cellulaire est une barrière entre l'intérieur de la cellule et le monde extérieur. La capacité d'une molécule à traverser une membrane dépend de sa concentration, de sa charge et de sa taille. En général, les molécules diffusent à travers les membranes depuis les zones de concentration élevée vers les zones de faible concentration. Les membranes cellulaires empêchent les molécules chargées d'entrer dans la cellule à moins que la cellule ne maintienne un potentiel électrique. Cependant, de petites molécules peuvent être capables de glisser à travers la membrane quelle que soit leur charge.
La membrane cellulaire
Une membrane cellulaire contient deux couches de phospholipides. Chaque molécule de phospholipide a une tête phosphate hydrophile et deux queues lipidiques hydrophobes. Les têtes s'alignent le long des surfaces interne et externe de la membrane cellulaire, tandis que les queues remplissent l'espace médian. Divers types de protéines transmembranaires facilitent la diffusion ou le transport actif des molécules qui ne peuvent pas diffuser passivement à travers la membrane cellulaire. Le transport actif primaire nécessite que la cellule dépense de l'énergie pour déplacer les molécules à travers la membrane cellulaire. La diffusion ne nécessite aucune énergie de la cellule pour le faire.
Concentration et diffusion
La diffusion se produit parce que les molécules aiment s'étendre des zones de forte concentration vers les zones de faible concentration. L'énergie électrochimique et cinétique à la fois la diffusion de puissance. Le principal déterminant de la diffusion ou non d'une molécule à travers une membrane cellulaire est la concentration de la molécule de chaque côté de la membrane cellulaire. Par exemple, la concentration extracellulaire d'oxygène est supérieure à la concentration intracellulaire, c'est pourquoi l'oxygène diffuse dans la cellule. Le dioxyde de carbone se diffuse pour des raisons similaires.
Charge et polarité
Un ion est un atome ou une molécule qui a une charge pure et simple due à un déséquilibre entre le nombre de protons et d'électrons. La polarité est une répartition inégale de la charge à travers une molécule, avec certaines régions partiellement positives et négatives. Les molécules chargées et polarisées se dissolvent dans l'eau tandis que les molécules non chargées se dissolvent dans les lipides. Les queues lipidiques de la membrane cellulaire empêchent les molécules chargées et polarisées de se diffuser à travers la membrane cellulaire. Cependant, certaines cellules maintiennent activement un potentiel électrique de chaque côté de la membrane cellulaire qui peut attirer ou repousser les ions et les molécules polarisées.
Taille de la molécule
Certaines molécules polarisées sont suffisamment petites pour glisser au-delà des queues lipidiques. Par exemple, l'eau est une molécule polarisée, mais sa petite taille lui permet de diffuser librement à travers la membrane cellulaire. Ceci est également vrai pour le dioxyde de carbone, le sous-produit du métabolisme cellulaire. Les molécules d'oxygène n'ont pas de polarité et sont également suffisamment petites pour se diffuser facilement dans la cellule. Les molécules de sucre, qui contiennent cinq atomes de carbone ou plus, sont à la fois polaires et trop grosses pour diffuser à travers la membrane cellulaire et doivent traverser les protéines transmembranaires.