Dyfuzja, w biochemia, odnosi się do jednego z wielu procesów, dzięki którym cząsteczki mogą przemieszczać się do iz komórek przez plazmę błona lub błony poprzeczne w komórce, takie jak błona jądrowa lub błona, która otacza mitochondria.
Pomyśl o dyfuzji jako o ruchu „dryfującym”. Chociaż odnosi się do procesu losowego i niekierowanego, który nie wymaga wkładu energii, kieruje się jedną zasadą: cząstki poruszają się z obszarów o większej koncentracji do obszarów o mniejszej koncentracji, nawet jeśli poszczególne cząsteczki mogą swobodnie poruszać się we wszystkich kierunkach.
Zrozumienie gradientów chemicznych
Co to znaczy, że coś przeniesie się z regionu o wysokiej koncentracji do regionu o niskiej koncentracji? Po pierwsze, trzeba wiedzieć, co w tym kontekście oznacza „koncentracja”. W większości przypadków stężenie odnosi się do liczby cząsteczek na jednostkę objętości (np. mililitry lub ml).
Pomyśl, co się stanie, gdy wypijesz sok pomarańczowy z butelki lub kartonu. Możliwe, że odbierasz napój jako słodki, ponieważ wysokie stężenie cukru w soku przewyższa zawartość płynów w twoim systemie.
Jeśli jednak zmieszasz sok ze zwykłą wodą, tak aby otrzymany roztwór zawierał 10 części wody na każdą 1 część soku, odczekaj kilka minut i wypij kolejny łyk, poczujesz płyn jako rozcieńczony, ponieważ jest teraz w niższym stężeniu – w każdym razie mniej skoncentrowany niż twoje ciało płyny.
Ponieważ cząsteczki cukru w soku mają tendencję do mieszania się z cząsteczkami wody aż do stężenia cukru jest równe w całym roztworze, mówi się, że dyfuzja zachodzi w kierunku równowaga.
Co ważne, równowaga nie oznacza ustania ruchu cząsteczek, ale raczej, że ruch cząsteczek osiągnął punkt prawdziwej losowości, ponieważ wszystkie gradienty stężeń zostały wyeliminowane.
Proces dyfuzji
Podczas gdy niektóre substancje mogą po prostu dyfundować w poprzek błony komórkowe gdy sprzyja temu gradient stężeń, inne są zbyt duże, aby przedostać się między cząsteczkami fosfolipidów w błonie, lub przenoszą ładunek elektryczny netto, który przeciwstawia się ich ruchowi.
Błona plazmatyczna jest zatem a membrana półprzepuszczalna: Małe, nienaładowane cząsteczki, takie jak woda (H2O) i dwutlenek węgla (CO2), mogą po prostu przechodzić przez membranę, podczas gdy inne wymagają pomocy lub nie są w stanie przejść przez membranę.
Prosta dyfuzja jest dokładnie tym, na co wygląda – ruch cząsteczek przez membranę w dół gradientu stężenia, tak jakby membrany w rzeczywistości nie było. W ułatwionedyfuzjajednak substancje takie jak jony (cząstki naładowane) poruszają się w dół gradientu stężenia, ale muszą również przejść przez membranę przez wyspecjalizowane kanały transportowe z białka.
Dyfuzja ma tendencję do postępu aż do osiągnięcia stężenia równowagi. W tym momencie cząsteczki mają tendencję do opuszczania regionu tylko przez transport aktywny mechanizmy zasilane przez ATP, lub adenozynotrifosforan – „waluta energetyczna” ogniw.
Plusy i minusy dyfuzji
Zaletą jest to, że proces dyfuzji jest „bezpłatny” w porównaniu z innymi formami transportu, ponieważ nie wymaga energii. Jest to główna zaleta, biorąc pod uwagę, że wydajność jest niezwykle pożądana w systemach biologicznych, a energia, podobnie jak w świecie „makro”, jest na wagę złota.
Wadą dyfuzji jest to, że jest ona oczywiście niewystarczająca, aby przenieść substancje w górę gradientu stężeń i nie jest to trudne do wyobrażenia scenariusz, w którym molekuły są potrzebne w komórce pomimo i tak już wyższego stężenia tych substancji w środku niż na na zewnątrz. Częściej takie substancje muszą być przenoszone w poprzek gradient elektrochemiczny.
Jest to inna fizyczna forma odporności, ale tylko inwestycja w ATP może ją przezwyciężyć. Odbywa się to za pomocą „pomp” membranowych, które nieustannie walczą z falą gradientu elektrochemicznego, który przeciwstawia się ich pracy.