A sejt jólléte attól függ, hogy képes-e szabályozni a molekulák áthaladását a sejtmembránon. Egyes molekulák diffundálhatnak a sejtmembránon, a sejt segítsége nélkül. Mások transzmembrán fehérjék segítségére szorulnak, hogy a sejtbe bejussanak vagy onnan kilépjenek. Három elsődleges tényező határozza meg, hogy egy molekula diffundál-e a sejtmembránon: koncentráció, töltés és méret.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A sejtmembrán akadályt jelent a sejt belseje és a külvilág között. A molekula azon képessége, hogy áthaladjon a membránon, annak koncentrációjától, töltésétől és méretétől függ. Általában a molekulák diffundálnak a membránokon a magas koncentrációtól az alacsony koncentrációig terjedő területekről. A sejtmembránok megakadályozzák a töltött molekulák bejutását a sejtbe, hacsak a sejt nem képes fenntartani az elektromos potenciált. A kis molekulák azonban képesek átcsúszni a membránon, töltésüktől függetlenül.
A sejtmembrán
A sejtmembrán két foszfolipidréteget tartalmaz. Minden foszfolipid molekulának van egy hidrofil foszfát feje és két hidrofób lipid farka. A fejek a sejtmembrán belső és külső felülete mentén sorakoznak, míg a farok kitölti a középső teret. A transzmembrán fehérjék különféle típusai könnyített diffúziót vagy aktív transzportot biztosítanak olyan molekulák számára, amelyek nem tudnak passzívan diffundálni a sejtmembránon keresztül. Az elsődleges aktív transzporthoz a sejtnek energiát kell fordítania a molekulák sejtmembránon keresztüli mozgatásához. A diffúzióhoz nincs szükség energiára a sejttől.
Koncentráció és diffúzió
A diffúzió azért következik be, mert a molekulák szívesen terjednek a magas koncentrációjú területekről az alacsonyabb koncentrációjú területekre. Elektrokémiai és kinetikus energia egyaránt diffúziós. Az elsődleges meghatározó, hogy egy molekula diffundáljon-e a sejtmembránon, a molekula koncentrációja a sejtmembrán mindkét oldalán. Például az oxigén extracelluláris koncentrációja magasabb, mint az intracelluláris koncentráció, ezért az oxigén diffundál a sejtbe. A szén-dioxid hasonló okokból diffundál.
Töltés és polaritás
Az ion olyan atom vagy molekula, amelynek egyenes töltése van a protonok és az elektronok száma közötti egyensúlyhiány miatt. A polaritás a töltés egyenetlen eloszlása a molekulák között, néhány részben pozitív és negatív régióval. A töltött és polarizált molekulák vízben oldódnak, míg a töltés nélküli molekulák lipidekben oldódnak. A sejtmembránban lévő lipidfarkok megakadályozzák a töltött és polarizált molekulák diffundálódását a sejtmembránon keresztül. Néhány sejt azonban aktívan fenntartja a sejtmembrán mindkét oldalán az elektromos potenciált, amely vonzza vagy taszíthatja az ionokat és a polarizált molekulákat.
Molekula méret
Néhány polarizált molekula elég kicsi ahhoz, hogy elcsússzon a lipid farok mellett. Például a víz polarizált molekula, de kis mérete lehetővé teszi, hogy szabadon diffundáljon a sejtmembránon. Ez igaz a szén-dioxidra, a sejtanyagcsere melléktermékére is. Az oxigénmolekuláknak nincs polaritásuk, és elég kicsiek ahhoz, hogy könnyen diffundáljanak a sejtben. Az öt vagy több szénatomot tartalmazó cukormolekulák mind polárisak, mind túl nagyok ahhoz, hogy a sejtmembránon keresztül diffundáljanak, és transzmembrán fehérjéken kell keresztül haladniuk.