การแพร่กระจาย: มันคืออะไร? & มันเกิดขึ้นได้อย่างไร?

การแพร่กระจาย, ใน ชีวเคมีหมายถึง กระบวนการใดกระบวนการหนึ่งที่โมเลกุลสามารถเคลื่อนเข้าและออกจากเซลล์ผ่านทางพลาสมา เยื่อหุ้มเซลล์หรือเยื่อหุ้มเซลล์ไขว้กันภายในเซลล์ เช่น เยื่อหุ้มนิวเคลียสหรือเยื่อหุ้มเซลล์ที่ห่อหุ้ม ไมโตคอนเดรีย

คิดว่าการแพร่กระจายเป็นการเคลื่อนไหว "ลอย" แม้ว่าจะหมายถึงกระบวนการแบบสุ่มและไม่มีการชี้นำ และกระบวนการที่ไม่ต้องการพลังงาน แต่ก็ปฏิบัติตามกฎข้อหนึ่ง: อนุภาคเคลื่อนที่ จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำกว่าแม้ในขณะที่โมเลกุลแต่ละตัวมีอิสระที่จะเคลื่อนที่ไปในทุกทิศทาง

สิ่งใดที่ย้ายจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปเป็นบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำหมายความว่าอย่างไร อันดับแรก จำเป็นต้องรู้ว่า "ความเข้มข้น" หมายถึงอะไรในบริบทนี้ โดยส่วนใหญ่ ความเข้มข้นหมายถึงจำนวนโมเลกุลต่อหน่วยปริมาตร (เช่น มิลลิลิตร หรือมิลลิลิตร)

ลองนึกถึงสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อคุณดื่มน้ำส้มจากขวดหรือกล่อง เป็นไปได้มากที่คุณจะมองว่าเครื่องดื่มนั้นหวาน เพราะน้ำตาลในน้ำผลไม้ที่มีความเข้มข้นสูงนั้นสูงกว่าของเหลวในระบบของคุณ

อย่างไรก็ตาม หากคุณผสมน้ำผลไม้กับน้ำเปล่าเพื่อให้สารละลายที่ได้มีน้ำ 10 ส่วนต่อน้ำผลไม้ 1 ส่วน ให้รอสักครู่และ จิบอีกสักครั้ง คุณจะรับรู้ว่าของเหลวนั้นเจือจาง เพราะตอนนี้มีความเข้มข้นต่ำกว่า – เข้มข้นน้อยกว่าร่างกายของคุณในทุกระดับ ของเหลว

เพราะโมเลกุลของน้ำตาลในน้ำผลไม้มักจะผสมกับโมเลกุลของน้ำจนเกิดความเข้มข้น ของน้ำตาลเท่ากันตลอดสารละลาย ว่ากันว่าการแพร่กระจายเกิดขึ้นในทิศทางของ สมดุล.

ที่สำคัญ สมดุลไม่ได้หมายถึงการหยุดการเคลื่อนที่ของโมเลกุล แต่เป็นการที่การเคลื่อนที่ของโมเลกุลถึงจุดสุ่มอย่างแท้จริงเพราะทั้งหมด การไล่ระดับความเข้มข้น ถูกกำจัดออกไป

ในขณะที่สารบางชนิดสามารถแพร่กระจายไปทั่ว เยื่อหุ้มเซลล์ เมื่อการไล่ระดับความเข้มข้นเอื้ออำนวยต่อสิ่งนี้ ตัวอื่นๆ ก็มีขนาดใหญ่เกินไปที่จะทำให้มันอยู่ระหว่างโมเลกุลฟอสโฟลิปิดในเมมเบรน หรือมีประจุไฟฟ้าสุทธิที่ขัดขวางการเคลื่อนที่ของพวกมัน

พลาสมาเมมเบรนจึงเป็น a เมมเบรนกึ่งซึมผ่านได้: โมเลกุลขนาดเล็กที่ไม่มีประจุ เช่น น้ำ (H2O) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) สามารถคดเคี้ยวไปมาได้ ในขณะที่โมเลกุลอื่นๆ ต้องการความช่วยเหลือหรือไม่สามารถข้ามเมมเบรนได้เลย

การแพร่กระจายอย่างง่าย เป็นสิ่งที่ดูเหมือน – การเคลื่อนที่ของโมเลกุลข้ามเมมเบรนลงไล่ระดับความเข้มข้นราวกับว่าเมมเบรนนั้นไม่ได้อยู่ที่นั่น ใน อำนวยความสะดวกการแพร่กระจายอย่างไรก็ตามสารเช่น ไอออน (อนุภาคที่มีประจุ) เคลื่อนลงไปตามไล่ระดับความเข้มข้น แต่พวกมันยังต้องข้ามเมมเบรนผ่านเฉพาะทาง ช่องทางการขนส่ง ทำจากโปรตีน

การแพร่กระจายมีแนวโน้มที่จะดำเนินต่อไปจนกว่าจะถึงความเข้มข้นที่สมดุล ณ จุดนี้ โมเลกุลมักจะออกจากบริเวณนั้นโดย การขนส่งที่ใช้งาน กลไกขับเคลื่อนโดย ATP หรือ อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต – "สกุลเงินพลังงาน" ของเซลล์

ในด้านบวก กระบวนการแพร่นั้น "ฟรี" เมื่อเทียบกับการขนส่งรูปแบบอื่นที่ไม่ต้องใช้พลังงาน นี่เป็นทรัพย์สินที่สำคัญเนื่องจากประสิทธิภาพเป็นที่ต้องการอย่างมากในระบบชีวภาพและพลังงาน เช่นเดียวกับในโลก "มาโคร" ที่อยู่ในระดับพรีเมียม

ด้านลบของการแพร่กระจายคือเห็นได้ชัดว่าไม่เพียงพอที่จะทำให้สารเลื่อนระดับความเข้มข้นขึ้น และมองเห็นได้ไม่ยาก สถานการณ์ที่จำเป็นต้องใช้โมเลกุลภายในเซลล์ แม้ว่าจะมีความเข้มข้นของสารเหล่านี้ภายในมากกว่าเซลล์ ภายนอก บ่อยขึ้น สารดังกล่าวต้องเคลื่อนผ่าน an ไล่ระดับไฟฟ้าเคมี.

นี่เป็นรูปแบบการต่อต้านทางกายภาพที่แตกต่างกัน แต่เป็นสิ่งที่มีเพียงการลงทุนของ ATP เท่านั้นที่จะเอาชนะได้ ทำได้โดยใช้ "ปั๊ม" แบบเมมเบรนที่ต่อสู้กับกระแสน้ำของการไล่ระดับเคมีไฟฟ้าที่ขัดต่อการทำงานของมันอย่างต่อเนื่อง