Diffusie: passief transport en gefaciliteerde diffusie

Diffusie is de neiging van moleculen om zich in een beschikbare ruimte te verspreiden. Deze neiging is het resultaat van de intrinsieke thermische energie (warmte) die in alle moleculen wordt aangetroffen bij temperaturen boven het absolute nulpunt.

Een vereenvoudigde manier om dit concept te begrijpen, is door je een overvolle metro in New York City voor te stellen. In de spits willen de meesten zo snel mogelijk naar hun werk of naar huis, dus veel mensen pakken de trein in. Sommige mensen staan ​​misschien niet verder dan een ademafstand van elkaar. Als de trein stopt op stations, stappen passagiers uit. De passagiers die tegen elkaar aan zaten, begonnen zich uit te spreiden. Sommigen vinden een zitplaats, anderen gaan verder weg van de persoon waar ze net naast stonden.

Ditzelfde proces gebeurt met moleculen. Zonder andere krachten van buitenaf zullen stoffen zich verplaatsen of diffunderen van een meer geconcentreerde omgeving naar een minder geconcentreerde omgeving. Hiervoor worden geen werkzaamheden verricht. Diffusie is een spontaan proces. Dit proces wordt passief transport genoemd.

Diffusie en passief transport

Illustratie van passieve diffusie. Steven Berg

Passief transport is de diffusie van stoffen over een membraan . Dit is een spontaan proces en er wordt geen cellulaire energie verbruikt. Moleculen zullen zich verplaatsen van waar de stof meer geconcentreerd is naar waar het minder geconcentreerd is.

'Deze cartoon illustreert passieve diffusie. De stippellijn is bedoeld om een ​​membraan aan te geven dat doorlaatbaar is voor de moleculen of ionen die worden weergegeven als rode stippen. Aanvankelijk bevinden alle rode stippen zich binnen het membraan. Naarmate de tijd verstrijkt, is er netto diffusie van de rode stippen uit het membraan, volgens hun concentratiegradiënt. Wanneer de concentratie van rode stippen binnen en buiten het membraan hetzelfde is, stopt de netto diffusie. De rode stippen diffunderen echter nog steeds in en uit het membraan, maar de snelheden van de binnenwaartse en buitenwaartse diffusie zijn hetzelfde, wat resulteert in een netto diffusie van O.'—Dr. Steven Berg, emeritus hoogleraar celbiologie, Winona State University.

Hoewel het proces spontaan is, wordt de diffusiesnelheid van verschillende stoffen beïnvloed door de membraanpermeabiliteit. Sinds celmembranen zijn gedeeltelijk doorlatend (slechts enkele stoffen kunnen passeren), zullen verschillende moleculen verschillende diffusiesnelheden hebben.

Water diffundeert bijvoorbeeld vrij door membranen, een duidelijk voordeel voor cellen omdat water cruciaal is voor veel cellulaire processen. Sommige moleculen moeten echter over de hele wereld worden geholpen fosfolipide dubbellaag van het celmembraan via een proces dat gefaciliteerde diffusie wordt genoemd.

Gefaciliteerde diffusie

Gefaciliteerde diffusie omvat het gebruik van een eiwit om de beweging van moleculen door het membraan te vergemakkelijken. In sommige gevallen gaan moleculen door kanalen in het eiwit. In andere gevallen verandert het eiwit van vorm, waardoor moleculen kunnen passeren. Mariana Ruiz Villarreal

Gefaciliteerde diffusie is een vorm van passief transport waarbij stoffen de membranen kunnen passeren met behulp van speciale transport eiwitten . Sommige moleculen en ionen zoals glucose, natriumionen en chloride-ionen kunnen niet door de fosfolipide dubbellaag van celmembranen . Door het gebruik van ionenkanaal eiwitten en dragereiwitten die zijn ingebed in het celmembraan,​ deze stoffen kunnen worden getransporteerd naar de cel .

Ionkanaaleiwitten laten specifieke ionen door het eiwitkanaal gaan. De ionkanalen worden door de cel gereguleerd en zijn open of gesloten om de doorgang van stoffen naar de cel te regelen. Dragereiwitten binden aan specifieke moleculen, veranderen van vorm en zetten de moleculen vervolgens over het membraan af. Zodra de transactie is voltooid, keren de eiwitten terug naar hun oorspronkelijke positie.

Osmose

Osmose is een speciaal geval van passief transport. Deze bloedcellen zijn in oplossingen met verschillende concentraties opgeloste stoffen geplaatst. Mariana Ruiz Villarreal

Osmose is een speciaal geval van passief transport. Bij osmose diffundeert water van een hypotone (lage opgeloste concentratie) oplossing naar een hypertoon (hoge concentratie opgeloste stof) oplossing. Over het algemeen wordt de richting van de waterstroom bepaald door de opgeloste stofconcentratie en niet door de aard van de opgeloste stofmoleculen zelf.

Kijk bijvoorbeeld eens naar bloedcellen die in zoutwateroplossingen van verschillende concentraties (hypertoon, isotoon en hypotoon) worden geplaatst.

• EEN hypertoon concentratie betekent dat de zoutwateroplossing een hogere concentratie opgeloste stof en een lagere concentratie water bevat dan de bloedcellen. Vloeistof zou van het gebied met een lage concentratie opgeloste stoffen (de bloedcellen) naar een gebied met een hoge concentratie aan opgeloste stoffen (wateroplossing) stromen. Als gevolg hiervan zullen de bloedcellen krimpen.
• Als de zoutwateroplossing is isotoon het zou dezelfde concentratie opgeloste stof bevatten als de bloedcellen. Vloeistof zou gelijkmatig tussen de bloedcellen en de wateroplossing stromen. Hierdoor blijven de bloedcellen even groot.
• Het tegenovergestelde van hypertoon, a hypotoon oplossing betekent dat de zoutwateroplossing een lagere concentratie opgeloste stof en een hogere concentratie water bevat dan de bloedcellen. Vloeistof zou van het gebied met een lage concentratie opgeloste stoffen (wateroplossing) naar een gebied met een hoge concentratie opgeloste stoffen (de bloedcellen) stromen. Als gevolg hiervan zullen de bloedcellen opzwellen en zelfs barsten.