Apa Tiga Hal yang Menentukan Apakah Suatu Molekul Akan Mampu Berdifusi Melintasi Membran Sel?

Kesejahteraan sel tergantung pada kemampuannya untuk mengontrol perjalanan molekul melintasi membran sel. Beberapa molekul dapat berdifusi melalui membran sel tanpa bantuan dari sel. Yang lain membutuhkan bantuan protein transmembran untuk masuk atau keluar dari sel. Tiga faktor utama menentukan apakah suatu molekul akan berdifusi melintasi membran sel: konsentrasi, muatan, dan ukuran.

TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)

Membran sel merupakan pembatas antara bagian dalam sel dan dunia luar. Kemampuan molekul untuk melakukan perjalanan melintasi membran tergantung pada konsentrasi, muatan, dan ukurannya. Secara umum, molekul berdifusi melintasi membran dari daerah konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Membran sel mencegah molekul bermuatan memasuki sel kecuali sel mempertahankan potensial listrik. Namun, molekul kecil mungkin dapat menyelinap melalui membran terlepas dari muatannya.

Membran sel mengandung dua lapisan fosfolipid. Setiap molekul fosfolipid memiliki kepala fosfat hidrofilik dan dua ekor lipid hidrofobik. Kepala berbaris di sepanjang permukaan dalam dan luar membran sel, sedangkan ekor mengisi ruang tengah. Berbagai jenis protein transmembran menyediakan difusi terfasilitasi atau transpor aktif untuk molekul yang tidak dapat secara pasif berdifusi melalui membran sel. Transpor aktif primer membutuhkan sel untuk mengeluarkan energi untuk memindahkan molekul melalui membran sel. Difusi tidak memerlukan energi dari sel untuk melakukannya.

Difusi terjadi karena molekul suka menyebar dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah. Energi elektrokimia dan kinetik keduanya merupakan daya difusi. Penentu utama apakah suatu molekul akan berdifusi melintasi membran sel adalah konsentrasi molekul pada setiap sisi membran sel. Misalnya, konsentrasi oksigen ekstraseluler lebih tinggi daripada konsentrasi intraseluler, itulah sebabnya oksigen berdifusi ke dalam sel. Karbon dioksida berdifusi keluar untuk alasan yang sama.

Ion adalah atom atau molekul yang memiliki muatan langsung karena ketidakseimbangan antara jumlah proton dan elektron. Polaritas adalah distribusi muatan yang tidak merata di seluruh molekul, dengan beberapa daerah sebagian positif dan negatif. Molekul bermuatan dan terpolarisasi larut dalam air sementara molekul tak bermuatan larut dalam lipid. Ekor lipid dalam membran sel mencegah molekul bermuatan dan terpolarisasi menyebar melalui membran sel. Namun, beberapa sel secara aktif mempertahankan potensial listrik di kedua sisi membran sel yang dapat menarik atau menolak ion dan molekul terpolarisasi.

Beberapa molekul terpolarisasi cukup kecil untuk menyelinap melewati ekor lipid. Misalnya, air adalah molekul terpolarisasi, tetapi ukurannya yang kecil memungkinkannya berdifusi secara bebas melintasi membran sel. Hal ini juga berlaku untuk karbon dioksida, produk sampingan dari metabolisme sel. Molekul oksigen tidak memiliki polaritas dan juga cukup kecil untuk dengan mudah berdifusi ke dalam sel. Molekul gula, yang mengandung lima atau lebih atom karbon, bersifat polar dan terlalu besar untuk berdifusi melalui membran sel dan harus berjalan melalui protein transmembran.