Благополучие клетки зависит от ее способности контролировать прохождение молекул через клеточную мембрану. Некоторые молекулы могут диффундировать через клеточную мембрану без какой-либо помощи клетки. Другим требуется помощь трансмембранных белков, чтобы проникнуть в клетку или выйти из нее. Три основных фактора определяют, будет ли молекула диффундировать через клеточную мембрану: концентрация, заряд и размер.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Клеточная мембрана - это барьер между внутренней частью клетки и внешним миром. Способность молекулы перемещаться через мембрану зависит от ее концентрации, заряда и размера. Как правило, молекулы диффундируют через мембраны от областей с высокой концентрацией до областей с низкой концентрацией. Клеточные мембраны предотвращают проникновение заряженных молекул в клетку, если клетка не поддерживает электрический потенциал. Однако небольшие молекулы могут проходить через мембрану независимо от их заряда.
Клеточная мембрана
Клеточная мембрана содержит два слоя фосфолипидов. Каждая молекула фосфолипида имеет гидрофильную фосфатную головку и два гидрофобных липидных хвоста. Головы выстраиваются вдоль внутренней и внешней поверхностей клеточной мембраны, а хвосты заполняют среднее пространство. Различные типы трансмембранных белков обеспечивают облегченную диффузию или активный транспорт для молекул, которые не могут пассивно диффундировать через клеточную мембрану. Первичный активный транспорт требует, чтобы клетка тратила энергию на перемещение молекул через клеточную мембрану. Для этого диффузия не требует энергии от клетки.
Концентрация и диффузия
Диффузия происходит потому, что молекулы любят распространяться из областей с высокой концентрацией в области с более низкой концентрацией. Электрохимическая и кинетическая энергия, диффузия энергии. Первичным фактором, определяющим, будет ли молекула диффундировать через клеточную мембрану, является концентрация молекулы на каждой стороне клеточной мембраны. Например, внеклеточная концентрация кислорода выше, чем внутриклеточная концентрация, поэтому кислород диффундирует в клетку. Углекислый газ диффундирует по тем же причинам.
Заряд и полярность
Ион - это атом или молекула, которые имеют прямой заряд из-за дисбаланса между числом протонов и электронов. Полярность - это неравномерное распределение заряда в молекуле с некоторыми частично положительными и отрицательными областями. Заряженные и поляризованные молекулы растворяются в воде, а незаряженные молекулы растворяются в липидах. Липидные хвосты в клеточной мембране предотвращают диффузию заряженных и поляризованных молекул через клеточную мембрану. Однако некоторые клетки активно поддерживают электрический потенциал по обе стороны от клеточной мембраны, который может притягивать или отталкивать ионы и поляризованные молекулы.
Размер молекулы
Некоторые поляризованные молекулы достаточно малы, чтобы проскользнуть мимо липидных хвостов. Например, вода - это поляризованная молекула, но ее небольшой размер позволяет ей свободно диффундировать через клеточную мембрану. Это также верно в отношении двуокиси углерода, побочного продукта клеточного метаболизма. Молекулы кислорода не имеют полярности и к тому же достаточно малы, чтобы легко диффундировать в клетку. Молекулы сахара, содержащие пять или более атомов углерода, полярны и слишком велики, чтобы диффундировать через клеточную мембрану, и должны проходить через трансмембранные белки.