Gefaciliteerde diffusie: definitie, voorbeeld en factoren

Bij het uitvoeren van functies als groei, deling en synthese gebruiken en produceren cellen stoffen die cel- en organelmembranen moeten kunnen passeren.

Semipermeabele celmembranen laten sommige moleculen door een concentratiegradiënt van de hoge-concentratiezijde van het membraan naar de lage-concentratiezijde door eenvoudige diffusie.

Gefaciliteerde diffusie laat andere belangrijke moleculen selectief oversteken doordat het eiwitten gebruikt die in het celmembraan zijn ingebed om bepaalde stoffen te laten kruisen.

De membraan eiwitten van gefaciliteerde diffusie vormen ofwel openingen in het membraan en regelen wat er kan passeren, of ze dragen actief specifieke moleculen door het membraan. Dit proces is vooral belangrijk voor het regelen van de stroom van ionen, omdat veel celfuncties afhankelijk zijn van de aanwezigheid van bepaalde ionen om een ​​chemische reactie te laten verlopen.

Naast ionen kunnen de dragereiwitten ook de doorgang van grote moleculen zoals glucose vergemakkelijken.

Stoffen die de cel produceert of die ze nodig heeft, kunnen op verschillende manieren door cel- en organelmembranen worden getransporteerd. Passief transport vereist geen energietoevoer en gebruikt de concentratiegradiënt om de beweging van moleculen aan te drijven.

In de gemakkelijk diffusie type passief transport, diffusie vindt plaats over een semipermeabel membraan vanaf de zijde met een hogere concentratie van de getransporteerde stof naar de zijde met een lage concentratie. De stof passeert het membraan langs de concentratiegradiënt, maar sommige moleculen worden geblokkeerd.

Als geblokkeerde moleculen het membraan moeten passeren omdat ze aan de andere kant nodig zijn, kan gefaciliteerde diffusie specifieke moleculen transporteren.

De diffusiemethode werkt via in het membraan ingebedde eiwitten, maar vertrouwt nog steeds op de concentratiegradiënt om moleculaire beweging over het membraan te stimuleren. Het vereist geen energie, maar de eiwitten kunnen selectief zijn over welke moleculen ze transporteren.

Soms moeten moleculen over membranen worden getransporteerd van een kant met een lage concentratie naar de kant met een hoge concentratie. Dit gaat tegen de concentratiegradiënt in en kost energie.

Cellen die uitvoeren actief transport energie hebben opgewekt en deze hebben opgeslagen in adenosine trifosfaat (ATP) moleculen.

Actief transport is gebaseerd op eiwitten die vergelijkbaar zijn met die voor gefaciliteerde diffusie, maar ze gebruiken energie van ATP om moleculen over het membraan te transporteren tegen de concentratiegradiënt in.

Na het vormen van een binding met het te transporteren molecuul, gebruiken ze a fosfaatgroep van ATP om van vorm te veranderen en het molecuul aan de andere kant van het membraan af te zetten.

Celmembranen kan de doorgang van veel kleine moleculen toestaan, maar geladen ionen en grotere moleculen worden over het algemeen geblokkeerd. Gefaciliteerde diffusie is een methode waarmee dergelijke stoffen de cellen kunnen binnenkomen en verlaten. In het membraan ingebedde dragereiwitten kunnen op twee manieren de doorgang van ionen vergemakkelijken.

Sommige eiwitten zijn gerangschikt rond een centrale doorgang en creëren een gat in het plasmamembraan van de cel, waardoor een pad door de vetzuren van de binnenkant van het membraan. Specifieke ionen kunnen door dergelijke openingen gaan, maar de dragereiwitten zijn ontworpen om slechts één soort ion door te laten.

Andere eiwitten vormen geen openingen maar transporteren grote moleculen door de celmembranen. De overdracht wordt nog steeds aangedreven door een concentratiegradiënt, maar de dragereiwitten verbinden zich actief met de stof die ze transporteren.

Het deel van het eiwit dat zich buiten het celmembraan in de extracellulaire ruimte bevindt, bindt zich aan het molecuul van de te transporteren stof en geeft het vervolgens af aan het celinterieur.

Normaal gesproken is de hydrofoob niet-polaire vetzuren van de membranen blokkeren de doorgang van geladen polaire moleculen zoals natriumionen. De dragereiwitten die openingen voor dergelijke ionen verschaffen, trekken de ionen aan en vergemakkelijken hun doorgang door ionkanalen.

Ze kunnen ontworpen zijn voor en alleen natriumionen doorlaten, maar niet andere zoals kaliumionen. Carrier-eiwitopeningen kunnen ook de stroom van ionen regelen en stoppen wanneer de cel niet meer ionen nodig heeft.

Voor het transport van glucosemoleculen, die normaal te groot zijn om door het membraan te gaan, glucose transporter eiwitten hebben een plaats waar ze kunnen binden aan de glucosemoleculen. Ze hechten zich vast en vergemakkelijken het transport van glucose door het celmembraan. De locatie van een dragereiwit wordt een permeabele opening in het membraan waardoor het glucosemolecuul niet elders kan passeren.

Cellen in meercellige organismen moeten hun activiteiten coördineren, zoals wanneer ze moeten groeien en wanneer ze moeten delen. De cellen bereiken deze coördinatie door te signaleren met wat voor soort activiteit ze bezig zijn en wat er nodig is, waarbij signalerende chemicaliën vrijkomen. Gefaciliteerde diffusie helpt bij celsignalering.

Signalen kunnen lokaal of op grote afstand zijn en cellen in de directe omgeving of cellen in andere organen en weefsels beïnvloeden. In elk geval reizen signaalmoleculen tussen cellen en moeten ze de doelcellen binnendringen of zich hechten aan hun membraan om hun signaal af te geven.

Gefaciliteerde diffusie-eiwitten kunnen ervoor zorgen dat deze signaalmoleculen de cellen kunnen binnendringen als dat nodig is en de communicatielus sluiten.

Omdat gefaciliteerde diffusie een passief transportmechanisme:, het wordt bepaald door factoren in de directe omgeving waar het transport plaatsvindt.

Er zijn vier van dergelijke factoren:

• Concentratie: Gefaciliteerde diffusie is afhankelijk van de potentiële energie die wordt weergegeven door de concentratiegradiënt. Een groter verschil tussen de hoge en lage concentratiezijde betekent een hogere gradiënt en snellere diffusie.
• Drager eiwit capaciteit: De snelheid van binding tussen de over te dragen stof en het eiwit, samen met de overdrachtssnelheid, beïnvloedt de diffusiesnelheid.
• Aantal dragereiwitplaatsen: Meer locaties betekent een hogere diffusiecapaciteit en snellere diffusie.
• Temperatuur: Chemische reacties zijn temperatuurafhankelijk en een hogere temperatuur betekent een sneller reactieverloop en een snellere diffusie.

Terwijl cellen het aantal dragereiwitplaatsen kunnen regelen, is de capaciteit van het dragereiwit vast en de cel heeft een beperkt vermogen om de procestemperatuur en de stofconcentratie buiten de cel. Het vermogen om de activiteit van de dragereiwitplaats af te sluiten wordt belangrijk voor het beheersen van celprocessen.

Eenvoudige diffusie voorziet in de celbehoeften in termen van kleine niet-polaire moleculen, maar andere belangrijke stoffen kunnen de membranen niet gemakkelijk passeren. Polaire moleculen en grotere moleculen kunnen niet door de semipermeabele plasmamembranen van cellen en organellen diffunderen omdat de binnenste laag van lipiden en vetzuren ze blokkeert.

Gefaciliteerde diffusie zorgt ervoor dat stoffen met polaire of grote moleculen de cellen op een gecontroleerde manier kunnen binnenkomen en verlaten.

Glucose en aminozurenzijn bijvoorbeeld grote moleculen die een sleutelrol spelen in celfuncties. Glucose is een belangrijke voedingsstof en aminozuren worden gebruikt voor veel celprocessen, waaronder celdeling.

Om deze processen te laten verlopen, zorgt gefaciliteerde diffusie ervoor dat de moleculen door celmembranen en membranen van organellen zoals de kern kunnen gaan.

Zelfs kleinere moleculen zoals zuurstof kunnen baat hebben bij gefaciliteerde diffusie. Hoewel zuurstof door membranen kan diffunderen, verhoogt gefaciliteerde diffusie door dragereiwitten de overdrachtssnelheid en helpt het bij de functies van bloedcellen en spieren.

Over het algemeen spelen deze membraan-ingebedde eiwitten een vitale rol in een verscheidenheid aan celprocessen.

Andere onderwerpen:

• Kooldioxide
• rode bloedcellen