En celles velvære avhenger av dens evne til å kontrollere passasjen av molekyler over cellemembranen. Noen molekyler kan diffundere gjennom cellemembranen uten hjelp fra cellen. Andre trenger hjelp fra transmembrane proteiner for å bevege seg inn i eller ut av cellen. Tre primære faktorer avgjør om et molekyl vil diffundere over en cellemembran: konsentrasjon, ladning og størrelse.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Cellemembranen er en barriere mellom det indre av cellen og omverdenen. Evnen til et molekyl å bevege seg over en membran avhenger av dets konsentrasjon, ladning og størrelse. Generelt spres molekyler over membraner fra områder med høy konsentrasjon til lav konsentrasjon. Cellemembraner hindrer ladede molekyler i å komme inn i cellen med mindre cellen opprettholder et elektrisk potensial. Imidlertid kan små molekyler være i stand til å skli gjennom membranen uavhengig av ladning.
Cellemembranen
En cellemembran inneholder to lag fosfolipider. Hvert fosfolipidmolekyl har et hydrofilt fosfathode og to hydrofobe lipidhaler. Hodene stiller seg opp langs den indre og ytre overflaten av cellemembranen, mens halene fyller mellomrommet. Ulike typer transmembrane proteiner gir lettere diffusjon eller aktiv transport for molekyler som ikke kan passivt diffundere gjennom cellemembranen. Primær aktiv transport krever at cellen bruker energi på å flytte molekyler gjennom cellemembranen. Diffusjon krever ingen energi fra cellen for å gjøre det.
Konsentrasjon og diffusjon
Diffusjon oppstår fordi molekyler liker å spre seg fra områder med høy konsentrasjon til områder med lavere konsentrasjon. Elektrokjemisk og kinetisk energi både kraftdiffusjon. Den primære determinanten for om et molekyl vil diffundere over en cellemembran er konsentrasjonen av molekylet på hver side av cellemembranen. For eksempel er den ekstracellulære konsentrasjonen av oksygen høyere enn den intracellulære konsentrasjonen, og det er derfor oksygen diffunderer inn i cellen. Karbondioksid diffunderer av lignende årsaker.
Ladning og polaritet
Et ion er et atom eller molekyl som har en direkte ladning på grunn av en ubalanse mellom antall protoner og elektroner. Polaritet er en ujevn fordeling av ladning over et molekyl, med noen delvis positive og negative regioner. Ladede og polariserte molekyler oppløses i vann mens uladede molekyler oppløses i lipider. Lipidhalene i cellemembranen hindrer ladede og polariserte molekyler i å diffundere gjennom cellemembranen. Imidlertid opprettholder noen celler aktivt et elektrisk potensial på hver side av cellemembranen som kan tiltrekke eller frastøte ioner og polariserte molekyler.
Molekylstørrelse
Noen polariserte molekyler er små nok til å gli forbi lipidhalene. For eksempel er vann et polarisert molekyl, men den lille størrelsen gjør det mulig å diffundere fritt over cellemembranen. Dette gjelder også karbondioksid, biproduktet av cellulær metabolisme. Oksygenmolekyler har ingen polaritet og er også små nok til lett å diffundere inn i cellen. Sukkermolekyler, som inneholder fem eller flere karbonatomer, er både polære og for store til å diffundere gjennom cellemembranen og må reise gjennom transmembrane proteiner.