En cells välbefinnande beror på dess förmåga att kontrollera passage av molekyler över cellmembranet. Vissa molekyler kan diffundera genom cellmembranet utan hjälp från cellen. Andra behöver hjälp av transmembranproteiner för att flytta in i eller ut ur cellen. Tre primära faktorer avgör om en molekyl kommer att diffundera över ett cellmembran: koncentration, laddning och storlek.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Cellmembranet är en barriär mellan det inre av cellen och omvärlden. Förmågan hos en molekyl att resa över ett membran beror på dess koncentration, laddning och storlek. I allmänhet diffunderar molekyler över membran från områden med hög koncentration till låg koncentration. Cellmembran förhindrar laddade molekyler från att komma in i cellen såvida inte cellen bibehåller en elektrisk potential. Emellertid kan små molekyler kunna glida genom membranet oavsett deras laddning.
Cellmembranet
Ett cellmembran innehåller två lager fosfolipider. Varje fosfolipidmolekyl har ett hydrofilt fosfathuvud och två hydrofoba lipidsvansar. Huvuden sträcker sig längs cellmembranets inre och yttre ytor medan svansarna fyller mittutrymmet. Olika typer av transmembranproteiner ger lättare diffusion eller aktiv transport för molekyler som inte passivt kan diffundera genom cellmembranet. Primär aktiv transport kräver att cellen förbrukar energi för att flytta molekyler genom cellmembranet. Diffusion kräver ingen energi från cellen för att göra det.
Koncentration och diffusion
Diffusion uppstår eftersom molekyler gillar att sprida sig från områden med hög koncentration till områden med lägre koncentration. Elektrokemisk och kinetisk energi både kraftdiffusion. Den primära determinanten för huruvida en molekyl kommer att diffundera över ett cellmembran är molekylens koncentration på varje sida av cellmembranet. Till exempel är den extracellulära syrekoncentrationen högre än den intracellulära koncentrationen, varför syre diffunderar in i cellen. Koldioxid sprids ut av liknande skäl.
Laddning och polaritet
En jon är en atom eller molekyl som har en direkt laddning på grund av en obalans mellan antalet protoner och elektroner. Polaritet är en ojämn fördelning av laddning över en molekyl, med några delvis positiva och negativa regioner. Laddade och polariserade molekyler löses upp i vatten medan oladdade molekyler löses upp i lipider. Lipidsvansarna i cellmembranet förhindrar laddade och polariserade molekyler från att spridas genom cellmembranet. Vissa celler upprätthåller emellertid aktivt en elektrisk potential på vardera sidan av cellmembranet som kan attrahera eller avvisa joner och polariserade molekyler.
Molekylstorlek
Vissa polariserade molekyler är tillräckligt små för att glida förbi lipidsvansarna. Till exempel är vatten en polariserad molekyl, men dess lilla storlek gör att den fritt kan spridas över cellmembranet. Detta gäller också koldioxid, biprodukten av cellulär metabolism. Syremolekyler har ingen polaritet och är också tillräckligt små för att lätt diffundera in i cellen. Sockermolekyler, som innehåller fem eller flera kolatomer, är både polära och för stora för att diffundera genom cellmembranet och måste färdas genom transmembranproteiner.