Pohoda bunky závisí od jej schopnosti riadiť prechod molekúl cez bunkovú membránu. Niektoré molekuly môžu difundovať cez bunkovú membránu bez akejkoľvek pomoci bunky. Iné vyžadujú pri prechode do bunky alebo z nej pomoc transmembránových proteínov. O tom, či bude molekula difundovať cez bunkovú membránu, rozhodujú tri primárne faktory: koncentrácia, náboj a veľkosť.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Bunková membrána je bariérou medzi vnútrom bunky a vonkajším svetom. Schopnosť molekuly cestovať cez membránu závisí od jej koncentrácie, náboja a veľkosti. Molekuly všeobecne difundujú cez membrány z oblastí s vysokou koncentráciou do nízkej koncentrácie. Bunkové membrány bránia nabitým molekulám vo vstupe do bunky, pokiaľ si bunka neudrží elektrický potenciál. Malé molekuly však môžu byť schopné prekĺznuť cez membránu bez ohľadu na ich náboj.
Bunková membrána
Bunková membrána obsahuje dve vrstvy fosfolipidov. Každá fosfolipidová molekula má hydrofilnú fosfátovú hlavu a dva hydrofóbne lipidové konce. Hlavy sa zarovnávajú pozdĺž vnútorného a vonkajšieho povrchu bunkovej membrány, zatiaľ čo chvosty vypĺňajú stredný priestor. Rôzne typy transmembránových proteínov poskytujú uľahčenú difúziu alebo aktívny transport molekúl, ktoré nemôžu pasívne difundovať cez bunkovú membránu. Primárny aktívny transport vyžaduje, aby bunka spotrebovala energiu na pohyb molekúl cez bunkovú membránu. Difúzia na to nevyžaduje žiadnu energiu z bunky.
Koncentrácia a difúzia
K difúzii dochádza, pretože molekuly sa radi šíria z oblastí s vysokou koncentráciou do oblastí s nižšou koncentráciou. Elektrochemická a kinetická energia difúzia oboch síl. Primárnym determinantom toho, či bude molekula difundovať cez bunkovú membránu, je koncentrácia molekuly na každej strane bunkovej membrány. Napríklad extracelulárna koncentrácia kyslíka je vyššia ako intracelulárna koncentrácia, a preto kyslík difunduje do bunky. Oxid uhličitý difunduje z podobných dôvodov.
Nabíjanie a polarita
Ión je atóm alebo molekula, ktorá má priamy náboj v dôsledku nerovnováhy medzi počtom protónov a elektrónov. Polarita je nerovnomerné rozloženie náboja v molekule s niektorými čiastočne pozitívnymi a negatívnymi oblasťami. Nabité a polarizované molekuly sa rozpúšťajú vo vode, zatiaľ čo nenabité molekuly sa rozpúšťajú v lipidoch. Lipidové konce v bunkovej membráne zabraňujú difúzii nabitých a polarizovaných molekúl cez bunkovú membránu. Niektoré bunky však aktívne udržiavajú elektrický potenciál na oboch stranách bunkovej membrány, ktorý môže priťahovať alebo odpudzovať ióny a polarizované molekuly.
Veľkosť molekuly
Niektoré polarizované molekuly sú dosť malé na to, aby prekĺzli okolo lipidových chvostov. Napríklad voda je polarizovaná molekula, ale jej malá veľkosť umožňuje, aby voľne difundovala cez bunkovú membránu. To platí aj pre oxid uhličitý, vedľajší produkt bunkového metabolizmu. Molekuly kyslíka nemajú polaritu a sú tiež dostatočne malé na to, aby ľahko difundovali do bunky. Molekuly cukru, ktoré obsahujú päť alebo viac atómov uhlíka, sú polárne a príliš veľké na to, aby difundovali cez bunkovú membránu, a musia cestovať cez transmembránové proteíny.