Diffusie, in biochemie, verwijst naar een van de vele processen waarmee moleculen door het plasma in en uit cellen kunnen bewegen membraan, of dwarsmembranen in de cel, zoals het kernmembraan of het membraan dat omsluit mitochondriën.
Zie diffusie als een "drijvende" beweging. Hoewel het verwijst naar een willekeurig en ongeleid proces, en een proces waarvoor geen energie nodig is, volgt het wel één regel: deeltjes bewegen van gebieden met een hogere concentratie naar gebieden met een lagere concentratie, zelfs als individuele moleculen vrij in alle richtingen kunnen bewegen.
Chemische gradiënten begrijpen
Wat betekent het als iets van een gebied met een hoge concentratie naar een gebied met een lage concentratie gaat? Ten eerste is het noodzakelijk om te weten wat "concentratie" in deze context betekent. Meestal verwijst concentratie naar het aantal moleculen per volume-eenheid (bijvoorbeeld milliliter of ml).
Bedenk wat er gebeurt als je een slokje sinaasappelsap uit de fles of doos neemt. De kans is groot dat je de drank als zoet ervaart, omdat de hoge suikerconcentratie in het sap die van de vloeistoffen in je systeem overtreft.
Als u het sap echter met gewoon water mengt zodat de resulterende oplossing 10 delen water bevat voor elke 1 deel sap, wacht dan een paar minuten en neem nog een slok, je zult de vloeistof als verdund ervaren, omdat het nu in een lagere concentratie is - in ieder geval minder geconcentreerd dan je lichaam vloeistoffen.
Omdat de suikermoleculen in het sap de neiging hebben zich te vermengen met de watermoleculen tot de concentratie van suiker in de oplossing gelijk is, er wordt gezegd dat diffusie plaatsvindt in de richting van evenwicht.
Belangrijk is dat evenwicht niet betekent dat de beweging van moleculen stopt, maar dat de beweging van de moleculen een punt van echte willekeur heeft bereikt omdat alle concentratiegradiënten zijn geëlimineerd.
Het proces van diffusie
Terwijl sommige stoffen eenvoudig kunnen diffunderen celmembranen wanneer de concentratiegradiënt dit bevordert, zijn andere te groot om tussen de fosfolipidemoleculen in het membraan te komen, of dragen ze een netto elektrische lading die hun beweging tegenwerkt.
Het plasmamembraan is dus a semipermeabel membraan: Kleine, ongeladen moleculen zoals water (H2O) en koolstofdioxide (CO2) kunnen er gewoon doorheen meanderen, terwijl andere hulp nodig hebben of niet in staat zijn om het membraan te passeren.
Eenvoudige diffusie is precies hoe het klinkt: de beweging van moleculen over een membraan langs een concentratiegradiënt alsof het membraan er in feite niet is. In gefaciliteerddiffusieechter stoffen zoals ionen (geladen deeltjes) gaan een concentratiegradiënt omlaag, maar ze moeten ook het membraan passeren door gespecialiseerde transportkanalen gemaakt van eiwit.
Diffusie heeft de neiging door te gaan totdat de evenwichtsconcentratie is bereikt. Op dit punt hebben moleculen de neiging om het gebied alleen te verlaten door actief transport mechanismen aangedreven door ATP, of adenosine trifosfaat – de "energievaluta" van cellen.
Voors en tegens van diffusie
Aan de positieve kant is het diffusieproces "gratis" in vergelijking met andere vormen van transport omdat het geen energie vereist. Dit is een grote troef aangezien efficiëntie enorm gewenst is in biologische systemen en energie, net als in de "macro"-wereld, een premie is.
De keerzijde van diffusie is dat het duidelijk onvoldoende is om stoffen een concentratiegradiënt op te voeren, en het is niet moeilijk voor te stellen een scenario waarin moleculen nodig zijn in een cel ondanks een toch al hogere concentratie van deze stoffen aan de binnenkant dan aan de buiten. Vaker moeten dergelijke stoffen over een elektrochemische gradiënt.
Dit is een andere fysieke vorm van weerstand, maar het is er een die alleen een investering van ATP kan overwinnen. Dit wordt gedaan met behulp van membraanpompen die voortdurend vechten tegen het getij van de elektrochemische gradiënt die hun werk tegenwerkt.