Förenklad diffusion: definition, exempel och faktorer

När celler utför tillväxt, delning och syntes använder celler och producerar ämnen som måste kunna korsa cell- och organellmembran.

Semipermeabla cellmembran tillåter vissa molekyler att färdas över en koncentrationsgrad från högkoncentrationssidan av membranet till lågkoncentrationssidan genom enkel diffusion.

Underlättad diffusion låter andra viktiga molekyler korsa på ett selektivt sätt genom att det använder proteiner inbäddade i cellmembranet för att låta vissa ämnen passera.

De membranproteiner av underlättad diffusion bildar antingen öppningar i membranet och styr vad som kan passera, eller så bär de aktivt specifika molekyler genom membranet. Denna process är särskilt viktig för att kontrollera flödet av joner eftersom många cellfunktioner är beroende av närvaron av vissa joner för att en kemisk reaktion ska kunna fortsätta.

Förutom joner kan bärarproteinerna också underlätta passage av stora molekyler såsom glukos.

Ämnen som cellen producerar eller som den behöver kan transporteras över cell- och organellmembran på flera sätt.

I enkel diffusions typ av passiv transport, diffusion sker över ett semipermeabelt membran från sidan med en högre koncentration av den transporterade substansen till sidan med en låg koncentration. Ämnet passerar genom membranet ner i koncentrationsgradienten, men vissa molekyler blockeras.

Om blockerade molekyler måste korsa membranet eftersom de behövs på andra sidan, kan lättare diffusion transportera specifika molekyler.

Diffusionsmetoden fungerar genom membraninbäddade proteiner men är fortfarande beroende av koncentrationsgradienten för att driva molekylär rörelse över membranet. Det kräver inte energi, men proteinerna kan vara selektiva om vilka molekyler de transporterar.

Ibland måste molekyler transporteras över membran från en sida med låg koncentration till den sida som har en hög koncentration. Detta strider mot koncentrationsgradienten och kräver energi.

Celler som utförs aktiv transport har producerat energi och har lagrat den i adenosintrifosfat (ATP) molekyler.

Aktiv transport baseras på proteiner som liknar de som används för underlättad diffusion, men de använder energi från ATP för att bära molekyler över membranet mot koncentrationsgradienten.

Efter att ha bildat en bindning med molekylen som ska transporteras använder de en fosfatgrupp från ATP för att ändra form och deponera molekylen på andra sidan av membranet.

Cellmembran kan tillåta passage av många små molekyler, men laddade joner och större molekyler blockeras vanligtvis. Förenklad diffusion är en metod genom vilken sådana ämnen kan komma in i och lämna cellerna. Bärarproteiner inbäddade i membranet kan underlätta jonernas passage på två sätt.

Vissa proteiner är ordnade runt en central passage och skapar ett hål i cellens plasmamembran, vilket öppnar en väg genom fettsyror av membranets inre. Specifika joner kan passera genom sådana öppningar, men bärarproteinerna är utformade för att endast låta en typ av jon passera.

Andra proteiner bildar inte öppningar utan transporterar stora molekyler genom cellmembranen. Överföringen drivs fortfarande av en koncentrationsgradient, men bärarproteinerna kopplas aktivt till det ämne de transporterar.

Den del av proteinet som är utanför cellmembranet i det extracellulära utrymmet binder till molekylen av ämnet som ska transporteras och släpper sedan ut det i cellens inre.

Normalt hydrofob icke-polära fettsyror i membranen blockerar passagen av laddade polära molekyler såsom natriumjoner. Bärarproteinerna som ger öppningar för sådana joner lockar jonerna och underlättar deras passage genom jonkanaler.

De kan utformas för och släppa endast natriumjoner men inte andra som kaliumjoner. Bärarproteinöppningar kan också kontrollera flödet av joner och stängas av när cellen inte behöver mer joner.

För transport av glukosmolekyler, som normalt är för stora för att passera genom membranet, glukostransportproteiner har en plats där de kan binda till glukosmolekylerna. De fäster sig själva och underlättar transporten av glukos över cellmembranet. Platsen för ett bärarprotein blir ett permeabelt gap i membranet som inte tillåter glukosmolekylen att korsa någon annanstans.

Celler i flercelliga organismer måste samordna sina aktiviteter, till exempel när de ska växa och när de ska delas. Cellerna åstadkommer denna samordning genom att signalera vilken typ av aktivitet de bedriver och vad som behövs, släppa signaleringskemikalier. Underlättad diffusion hjälper till med cell signalering.

Signaler kan vara lokala eller långa avstånd, vilket påverkar celler i omedelbar närhet eller celler i andra organ och vävnader. I båda fallen färdas signalmolekyler mellan celler och måste antingen komma in i målceller eller fästa vid sitt membran för att leverera sin signal.

Underlättade diffusionsproteiner kan tillåta att dessa signalmolekyler kommer in i celler efter behov och stänger kommunikationsslingan.

Eftersom lättad diffusion är en passiv transportmekanismstyrs av faktorer i den omedelbara miljön där transporten äger rum.

Det finns fyra sådana faktorer:

• Koncentration: Underlättad diffusion är beroende av den potentiella energi som representeras av koncentrationsgradienten. En större skillnad mellan sidorna med hög och låg koncentration innebär en högre gradient och snabbare diffusion.
• Bärarproteinkapacitet: Bindningshastigheten mellan substansen som ska överföras och proteinet tillsammans med överföringshastigheten påverkar diffusionshastigheten.
• Antal bärarproteinställen: Fler platser innebär högre diffusionskapacitet och snabbare diffusion.
• Temperatur: Kemiska reaktioner är temperaturberoende och en högre temperatur innebär snabbare reaktionsförlopp och snabbare diffusion.

Medan celler kan kontrollera antalet bärarproteinställen, är bärarproteinkapaciteten fast och cell har en begränsad förmåga att kontrollera procestemperaturen och ämnets koncentration utanför cell. Möjligheten att stänga av bärarproteinplatsaktivitet blir viktig för att kontrollera cellprocesser.

Enkel diffusion tar hand om cellbehov när det gäller små icke-polära molekyler, men andra viktiga ämnen kan inte lätt passera membranen. Polära molekyler och större molekyler kan inte diffundera över de semipermeabla plasmamembranen i celler och organeller eftersom det inre lagret av lipider och fettsyror blockerar dem.

Underlättad diffusion tillåter ämnen med polära eller stora molekyler att komma in och ut ur cellerna på ett kontrollerat sätt.

Glukos och aminosyrorär till exempel stora molekyler som spelar en nyckelroll i cellfunktioner. Glukos är ett viktigt näringsämne och aminosyror används för många cellprocesser, inklusive celldelning.

För att dessa processer ska fortsätta tillåter lättad diffusion molekylerna att passera genom cellmembran och membran i organeller såsom kärnan.

Även mindre molekyler som syre kan dra nytta av underlättad diffusion. Även om syre kan diffundera över membran, underlättar diffusion genom bärarproteiner överföringshastigheten och hjälper till med funktionerna i blodceller och muskler.

Sammantaget spelar dessa membraninbäddade proteiner en viktig roll i en mängd olika cellprocesser.

Andra ämnen:

• Koldioxid
• röda blodceller