Diffusion, i biokemi, avser en av många processer genom vilka molekyler kan röra sig in i och ut ur celler genom plasma membran eller tvärmembran i cellen, såsom kärnmembranet eller det membran som innesluts mitokondrier.
Tänk på diffusion som en "drivande" rörelse. Medan det hänvisar till en slumpmässig och ostyrd process, och en som inte kräver energiintag, följer den en regel: Partiklar rör sig från områden med högre koncentration till områden med lägre koncentration, även om enskilda molekyler är fria att röra sig i alla riktningar.
Förstå kemiska övertoningar
Vad betyder det för något att flytta från en region med hög koncentration till en region med låg koncentration? För det första är det nödvändigt att veta vad "koncentration" betyder i detta sammanhang. För det mesta avser koncentration antalet molekyler per volymenhet (t.ex. milliliter eller ml).
Tänk på vad som händer när du tar en drink apelsinjuice från flaskan eller kartongen. Chansen är stor att du uppfattar drycken som söt, eftersom den höga koncentrationen av socker i saften överstiger vätskan i ditt system.
Om du blandar juicen med vanligt vatten så att den resulterande lösningen innehåller 10 delar vatten för varje 1-del juice, vänta några minuter och ta en ny slurk, du kommer att uppfatta vätskan som utspädd, för den är nu i lägre koncentration - mindre koncentrerad, i alla fall, än din kropp vätskor.
Eftersom molekylerna av socker i saften tenderar att blanda sig med vattenmolekylerna tills koncentrationen socker är lika i hela lösningen sägs det att diffusion sker i riktning mot jämvikt.
Det är viktigt att jämvikten inte betyder att molekylrörelsen upphör utan snarare att molekylernas rörelse har nått en punkt av sann slumpmässighet eftersom alla koncentrationsgradienter har eliminerats.
Diffusionsprocessen
Medan vissa ämnen helt enkelt kan spridas över cellmembran när koncentrationsgradienten gynnar detta, är andra för stora för att göra det mellan fosfolipidmolekylerna i membranet, eller de bär en elektrisk nettoladdning som motsätter sig deras rörelse.
Plasmamembranet är således en semipermeabelt membran: Små, oladdade molekyler som vatten (H2O) och koldioxid (CO2) kan helt enkelt slingra sig, medan andra behöver hjälp eller inte kan korsa membranet direkt.
Enkel diffusion är precis vad det låter som - molekylernas rörelse över ett membran ner en koncentrationsgradient som om membranet faktiskt inte var där. I underlättasdiffusionemellertid ämnen som joner (laddade partiklar) rör sig ner i en koncentrationsgradient, men de måste också korsa membranet genom specialiserade transportkanaler gjord av protein.
Diffusion tenderar att fortsätta tills jämviktskoncentrationen uppnås. Vid denna tidpunkt tenderar molekyler att lämna regionen bara av aktiv transport mekanismer som drivs av ATP, eller adenosintrifosfat - cellernas "energivaluta".
Fördelar och nackdelar med diffusion
På plussidan är diffusionsprocessen "fri" jämfört med andra transportformer genom att den inte kräver energi. Detta är en stor tillgång med tanke på att effektivitet är oerhört önskvärd i biologiska system och energi, precis som i "makro" -världen, är högt.
Diffusions nedre sida är att det uppenbarligen är otillräckligt att flytta ämnen uppåt i en koncentrationsgradient, och det är inte svårt att föreställa sig ett scenario där molekyler behövs inuti en cell trots en redan högre koncentration av dessa ämnen på insidan än på utanför. Oftare måste sådana ämnen flyttas över ett elektrokemisk lutning.
Detta är en annan fysisk form av motstånd, men det är en som bara en investering av ATP kan övervinna. Detta görs med hjälp av membran "pumpar" som ständigt bekämpar tidvattnet för den elektrokemiska lutningen som motsätter sig deras arbete.