Il benessere di una cellula dipende dalla sua capacità di controllare il passaggio delle molecole attraverso la membrana cellulare. Alcune molecole possono diffondersi attraverso la membrana cellulare senza l'assistenza della cellula. Altri richiedono l'aiuto delle proteine transmembrana per entrare o uscire dalla cellula. Tre fattori primari determinano se una molecola si diffonderà attraverso una membrana cellulare: concentrazione, carica e dimensione.
TL; DR (troppo lungo; non letto)
La membrana cellulare è una barriera tra l'interno della cellula e il mondo esterno. La capacità di una molecola di attraversare una membrana dipende dalla sua concentrazione, carica e dimensione. In generale, le molecole si diffondono attraverso le membrane dalle aree ad alta concentrazione a quelle a bassa concentrazione. Le membrane cellulari impediscono alle molecole cariche di entrare nella cellula a meno che la cellula non mantenga un potenziale elettrico. Tuttavia, piccole molecole possono essere in grado di scivolare attraverso la membrana indipendentemente dalla loro carica.
La membrana cellulare
Una membrana cellulare contiene due strati di fosfolipidi. Ogni molecola fosfolipidica ha una testa fosfato idrofila e due code lipidiche idrofobe. Le teste si allineano lungo le superfici interna ed esterna della membrana cellulare, mentre le code riempiono lo spazio centrale. Vari tipi di proteine transmembrana forniscono una diffusione facilitata o un trasporto attivo per le molecole che non possono diffondersi passivamente attraverso la membrana cellulare. Il trasporto attivo primario richiede che la cellula spenda energia per spostare le molecole attraverso la membrana cellulare. La diffusione non richiede energia dalla cellula per farlo.
Concentrazione e Diffusione
La diffusione si verifica perché le molecole amano diffondersi da aree ad alta concentrazione a aree a concentrazione inferiore. Energia elettrochimica e cinetica entrambe diffusione di potenza. Il determinante principale della diffusione di una molecola attraverso una membrana cellulare è la concentrazione della molecola su ciascun lato della membrana cellulare. Ad esempio, la concentrazione extracellulare di ossigeno è superiore alla concentrazione intracellulare, motivo per cui l'ossigeno si diffonde nella cellula. L'anidride carbonica si diffonde per ragioni simili.
Carica e polarità
Uno ione è un atomo o una molecola che ha una carica completa a causa di uno squilibrio tra il numero di protoni ed elettroni. La polarità è una distribuzione non uniforme della carica attraverso una molecola, con alcune regioni parzialmente positive e negative. Le molecole cariche e polarizzate si dissolvono in acqua mentre le molecole non cariche si dissolvono nei lipidi. Le code lipidiche nella membrana cellulare impediscono alle molecole cariche e polarizzate di diffondersi attraverso la membrana cellulare. Tuttavia, alcune cellule mantengono attivamente un potenziale elettrico su entrambi i lati della membrana cellulare che può attrarre o respingere ioni e molecole polarizzate.
Dimensione della molecola
Alcune molecole polarizzate sono abbastanza piccole da scivolare oltre le code lipidiche. Ad esempio, l'acqua è una molecola polarizzata, ma le sue piccole dimensioni le consentono di diffondersi liberamente attraverso la membrana cellulare. Questo vale anche per l'anidride carbonica, il sottoprodotto del metabolismo cellulare. Le molecole di ossigeno non hanno polarità e sono anche abbastanza piccole da diffondersi facilmente nella cellula. Le molecole di zucchero, che contengono cinque o più atomi di carbonio, sono sia polari che troppo grandi per diffondersi attraverso la membrana cellulare e devono viaggiare attraverso le proteine transmembrana.