อะไรคือสามสิ่งที่กำหนดว่าโมเลกุลจะสามารถแพร่กระจายผ่านเมมเบรนของเซลล์ได้หรือไม่

ความเป็นอยู่ที่ดีของเซลล์ขึ้นอยู่กับความสามารถในการควบคุมการเคลื่อนผ่านของโมเลกุลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ โมเลกุลบางตัวสามารถแพร่กระจายผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยไม่ได้รับความช่วยเหลือจากเซลล์ บางชนิดต้องการความช่วยเหลือจากโปรตีนเมมเบรนเพื่อเคลื่อนเข้าหรือออกจากเซลล์ ปัจจัยหลักสามประการกำหนดว่าโมเลกุลจะแพร่กระจายผ่านเยื่อหุ้มเซลล์หรือไม่: ความเข้มข้น ประจุ และขนาด

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

เยื่อหุ้มเซลล์เป็นสิ่งกีดขวางระหว่างภายในของเซลล์กับโลกภายนอก ความสามารถของโมเลกุลในการเดินทางข้ามเมมเบรนขึ้นอยู่กับความเข้มข้น ประจุ และขนาดของโมเลกุล โดยทั่วไป โมเลกุลจะกระจายไปทั่วเยื่อหุ้มจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปจนถึงความเข้มข้นต่ำ เยื่อหุ้มเซลล์ป้องกันไม่ให้โมเลกุลที่มีประจุเข้าสู่เซลล์ เว้นแต่เซลล์จะรักษาศักย์ไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม โมเลกุลขนาดเล็กอาจสามารถเล็ดลอดผ่านเมมเบรนได้โดยไม่คำนึงถึงประจุของพวกมัน

เยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยฟอสโฟลิปิด 2 ชั้น โมเลกุลฟอสโฟลิปิดแต่ละโมเลกุลมีหัวฟอสเฟตที่ชอบน้ำและหางของลิปิดที่ไม่ชอบน้ำสองส่วน ส่วนหัวเรียงกันตามพื้นผิวด้านในและด้านนอกของเยื่อหุ้มเซลล์ ส่วนหางจะเต็มพื้นที่ตรงกลาง โปรตีนทรานส์เมมเบรนประเภทต่างๆ ช่วยในการแพร่หรือขนส่งโมเลกุลที่ไม่สามารถแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ การขนส่งแบบแอคทีฟเบื้องต้นต้องการให้เซลล์ใช้พลังงานในการเคลื่อนย้ายโมเลกุลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ การแพร่กระจายไม่ต้องการพลังงานจากเซลล์ในการทำเช่นนั้น

การแพร่กระจายเกิดขึ้นเนื่องจากโมเลกุลชอบกระจายออกจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า ไฟฟ้าเคมีและพลังงานจลน์ทั้งการกระจายกำลัง ตัวกำหนดหลักว่าโมเลกุลจะแพร่กระจายผ่านเยื่อหุ้มเซลล์หรือไม่คือความเข้มข้นของโมเลกุลในแต่ละด้านของเยื่อหุ้มเซลล์ ตัวอย่างเช่น ความเข้มข้นของออกซิเจนนอกเซลล์สูงกว่าความเข้มข้นภายในเซลล์ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ออกซิเจนกระจายเข้าสู่เซลล์ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะกระจายตัวออกด้วยเหตุผลคล้ายคลึงกัน

ไอออนเป็นอะตอมหรือโมเลกุลที่มีประจุทันทีเนื่องจากความไม่สมดุลระหว่างจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอน ขั้วคือการกระจายประจุที่ไม่สม่ำเสมอทั่วทั้งโมเลกุล โดยมีพื้นที่บวกและลบบางส่วน โมเลกุลที่มีประจุและโพลาไรซ์จะละลายในน้ำ ในขณะที่โมเลกุลที่ไม่มีประจุจะละลายในไขมัน หางของไขมันในเยื่อหุ้มเซลล์ป้องกันไม่ให้โมเลกุลที่มีประจุและโพลาไรซ์แพร่กระจายผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ อย่างไรก็ตาม บางเซลล์รักษาศักย์ไฟฟ้าอย่างแข็งขันที่ด้านใดด้านหนึ่งของเยื่อหุ้มเซลล์ที่สามารถดึงดูดหรือขับไล่ไอออนและโมเลกุลที่มีโพลาไรซ์

โมเลกุลโพลาไรซ์บางตัวมีขนาดเล็กพอที่จะผ่านหางของไขมันได้ ตัวอย่างเช่น น้ำเป็นโมเลกุลโพลาไรซ์ แต่ขนาดที่เล็กของมันทำให้สามารถกระจายไปทั่วเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างอิสระ สิ่งนี้ก็เป็นจริงเช่นกันกับคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการเผาผลาญของเซลล์ โมเลกุลของออกซิเจนไม่มีขั้วและมีขนาดเล็กพอที่จะกระจายเข้าสู่เซลล์ได้ง่าย โมเลกุลของน้ำตาลซึ่งมีอะตอมของคาร์บอนตั้งแต่ห้าอะตอมขึ้นไป มีทั้งขั้วและมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะกระจายผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ และต้องเดินทางผ่านโปรตีนเมมเบรน