Het welzijn van een cel hangt af van zijn vermogen om de doorgang van moleculen door het celmembraan te regelen. Sommige moleculen kunnen door het celmembraan diffunderen zonder enige hulp van de cel. Anderen hebben de hulp van transmembraaneiwitten nodig om de cel in of uit te gaan. Drie primaire factoren bepalen of een molecuul door een celmembraan zal diffunderen: concentratie, lading en grootte.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Het celmembraan is een barrière tussen het binnenste van de cel en de buitenwereld. Het vermogen van een molecuul om door een membraan te reizen hangt af van de concentratie, lading en grootte. Over het algemeen diffunderen moleculen door membranen van gebieden met een hoge concentratie naar een lage concentratie. Celmembranen voorkomen dat geladen moleculen de cel binnenkomen, tenzij de cel een elektrisch potentiaal behoudt. Kleine moleculen kunnen echter door het membraan glippen, ongeacht hun lading.
Het celmembraan
Een celmembraan bevat twee lagen fosfolipiden. Elk fosfolipidemolecuul heeft een hydrofiele fosfaatkop en twee hydrofobe lipidestaarten. De koppen liggen langs de binnen- en buitenoppervlakken van het celmembraan, terwijl de staarten de middelste ruimte vullen. Verschillende soorten transmembraaneiwitten zorgen voor gefaciliteerde diffusie of actief transport voor moleculen die niet passief door het celmembraan kunnen diffunderen. Primair actief transport vereist dat de cel energie verbruikt om moleculen door het celmembraan te verplaatsen. Diffusie vereist geen energie van de cel om dit te doen.
Concentratie en diffusie
Diffusie vindt plaats omdat moleculen zich graag verspreiden van gebieden met een hoge concentratie naar gebieden met een lagere concentratie. Elektrochemische en kinetische energie, beide vermogensdiffusie. De primaire bepalende factor of een molecuul door een celmembraan zal diffunderen, is de concentratie van het molecuul aan elke kant van het celmembraan. Zo is de extracellulaire zuurstofconcentratie hoger dan de intracellulaire concentratie, waardoor zuurstof de cel in diffundeert. Kooldioxide diffundeert om soortgelijke redenen.
Opladen en polariteit
Een ion is een atoom of molecuul dat een regelrechte lading heeft vanwege een onbalans tussen het aantal protonen en elektronen. Polariteit is een ongelijke verdeling van lading over een molecuul, met enkele gedeeltelijk positieve en negatieve gebieden. Geladen en gepolariseerde moleculen lossen op in water, terwijl ongeladen moleculen oplossen in lipiden. De lipidestaarten in het celmembraan voorkomen dat geladen en gepolariseerde moleculen door het celmembraan diffunderen. Sommige cellen behouden echter actief een elektrisch potentieel aan weerszijden van het celmembraan dat ionen en gepolariseerde moleculen kan aantrekken of afstoten.
Molecuulgrootte
Sommige gepolariseerde moleculen zijn klein genoeg om langs de lipidestaarten te glippen. Water is bijvoorbeeld een gepolariseerd molecuul, maar door zijn kleine formaat kan het vrij door het celmembraan diffunderen. Dit geldt ook voor koolstofdioxide, het bijproduct van het cellulaire metabolisme. Zuurstofmoleculen hebben geen polariteit en zijn ook klein genoeg om gemakkelijk in de cel te diffunderen. Suikermoleculen, die vijf of meer koolstofatomen bevatten, zijn zowel polair als te groot om door het celmembraan te diffunderen en moeten door transmembraaneiwitten reizen.